Los investigadores de Lawrence Livermore han identificado cambios inducidos por cargas eléctricas en la estructura y unión de los electrodos de carbono grafítico que algún día pueden afectar la forma en que se almacena la energía.

La investigación podría conducir a una mejora en la capacidad y eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica, como baterías y supercondensadores, necesario para satisfacer las crecientes demandas de los consumidores, tecnologías industriales y verdes.

La tecnología futura requiere que los sistemas de almacenamiento de energía tengan una capacidad de almacenamiento mucho mayor, ciclos rápidos de carga / descarga y resistencia mejorada. El progreso en estas áreas exige una comprensión más completa de los procesos de almacenamiento de energía desde escalas atómicas hasta micras de longitud. Debido a que estos procesos complejos pueden cambiar significativamente a medida que se carga y descarga el sistema, Los investigadores se han centrado cada vez más en cómo mirar dentro de un sistema operativo de almacenamiento de energía. Si bien los enfoques computacionales han avanzado en las últimas décadas, el desarrollo de enfoques experimentales ha sido muy desafiante, particularmente para estudiar los elementos ligeros que prevalecen en los materiales de almacenamiento de energía.

Un trabajo reciente de un equipo dirigido por LLNL desarrolló una nueva capacidad de espectroscopia de adsorción de rayos X que está estrechamente acoplada con un esfuerzo de modelado para proporcionar información clave sobre cómo la estructura y la unión de los electrodos del supercondensador de carbono grafítico se ven afectados por la polarización de las interfaces electrodo-electrolito. durante la carga.

Los supercondensadores grafíticos son sistemas de modelos ideales para sondear fenómenos interfaciales porque son relativamente estables químicamente. ampliamente caracterizados experimental y teóricamente y son interesantes tecnológicamente. El equipo utilizó su material de electrodo a granel de nanografeno 3D (3D-NG) desarrollado recientemente como material grafítico modelo.

"Nuestra capacidad de espectroscopia de adsorción de rayos X recientemente desarrollada nos permitió detectar el complejo, cambios inducidos por campos eléctricos en la estructura electrónica que experimentan los electrodos de supercondensadores basados ​​en grafeno durante la operación. El análisis de estos cambios proporcionó información sobre cómo la estructura y la unión de los electrodos evolucionan durante la carga y descarga. "dijo Jonathan Lee, un científico de LLNL y autor correspondiente de un artículo programado para aparecer como artículo de portada de la edición del 4 de marzo de la revista, Materiales avanzados . "La integración de capacidades de modelado únicas para estudiar la interfaz electrodo-electrolito cargada jugó un papel crucial en nuestra interpretación de los datos experimentales".

Descubrir que la estructura electrónica de los electrodos del supercondensador de carbono grafítico se puede adaptar mediante interacciones electrodo-electrolito inducidas por carga abre una nueva ventana hacia sistemas de almacenamiento de energía electroquímica más eficientes. Además, Las técnicas experimentales y de modelado desarrolladas durante la investigación son fácilmente aplicables a otros materiales y tecnologías de almacenamiento de energía.