Rajaram Narayanan, estudiante de posgrado en nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del artículo Nano Letters
Ingenieros de la Universidad de California, San Diego ha descubierto un método para aumentar la cantidad de carga eléctrica que se puede almacenar en el grafeno. una forma bidimensional de carbono. La investigación, publicado recientemente en línea en la revista Nano letras , puede proporcionar una mejor comprensión de cómo mejorar la capacidad de almacenamiento de energía de los condensadores para posibles aplicaciones en automóviles, turbinas de viento, y energía solar.
Los condensadores se cargan y descargan muy rápido, y son más útiles para ráfagas de energía grandes y rápidas, como en flashes de cámaras y plantas de energía. Su capacidad para cargar y descargar rápidamente es una ventaja sobre el largo tiempo de carga de las baterías. Sin embargo, el problema con los condensadores es que almacenan menos energía que las baterías.
¿Cómo se puede mejorar el almacenamiento de energía de un condensador? Un enfoque de los investigadores en el laboratorio del profesor de ingeniería mecánica Prabhakar Bandaru en la Escuela de Ingeniería Jacobs en UC San Diego fue introducir más carga en un electrodo de condensador utilizando grafeno como material modelo para sus pruebas. El principio es que el aumento de la carga conduce a un aumento de la capacitancia, lo que se traduce en un mayor almacenamiento de energía.
Como está hecho
Hacer una estructura de nanotubos de carbono perfecta, sin defectos, que son agujeros correspondientes a átomos de carbono faltantes - es casi imposible. En lugar de evitar defectos, los investigadores del laboratorio de Bandaru descubrieron una forma práctica de usarlos en su lugar.
"Me motivó desde el punto de vista de que los defectos cargados pueden ser útiles para el almacenamiento de energía, "dijo Bandaru.
El equipo utilizó un método llamado procesamiento de plasma basado en iones de argón, en el que las muestras de grafeno se bombardean con iones de argón cargados positivamente. Durante este proceso, Los átomos de carbono son eliminados de las capas de grafeno y dejan agujeros que contienen cargas positivas:estos son los defectos cargados. La exposición de las muestras de grafeno al plasma de argón aumentó tres veces la capacitancia de los materiales.
Defectos en zigzag y sillón en grahene
"Fue emocionante demostrar que podemos introducir capacitancia adicional introduciendo defectos cargados, y que podríamos controlar qué tipo de defecto cargado podríamos introducir en un material, "dijo Rajaram Narayanan, estudiante de posgrado del grupo de investigación del profesor Bandaru y primer autor del estudio.
Usando espectroscopía Raman y mediciones electroquímicas, el equipo pudo caracterizar los tipos de defectos que el procesamiento del plasma de argón introdujo en las redes de grafeno. Los resultados revelaron la formación de defectos extendidos conocidos como defectos de "sillón" y "zigzag", que se nombran en función de las configuraciones de los átomos de carbono que faltan.
Adicionalmente, Los estudios electroquímicos ayudaron al equipo a descubrir una nueva escala de longitud que mide la distancia entre cargas. "Esta nueva escala de longitud será importante para aplicaciones eléctricas, ya que puede proporcionar una base de cuán pequeños podemos hacer dispositivos eléctricos, "dijo Bandaru.
