Los supercondensadores se pueden cargar y descargar decenas de miles de veces, pero su densidad de energía relativamente baja en comparación con las baterías convencionales limita su aplicación para el almacenamiento de energía. Ahora, Los investigadores de A * STAR han desarrollado un supercondensador 'asimétrico' basado en nitruros metálicos y grafeno que podría ser una solución viable de almacenamiento de energía.

La viabilidad de un supercondensador está determinada en gran medida por los materiales que componen sus ánodos y cátodos. Estos electrodos deben tener una gran superficie por unidad de peso, alta conductividad eléctrica y capacitancia y ser físicamente robustos para que no se degraden durante el funcionamiento en entornos líquidos u hostiles.

A diferencia de los supercondensadores tradicionales, que utilizan el mismo material para ambos electrodos, el ánodo y el cátodo en un supercondensador asimétrico están hechos de diferentes materiales. Los científicos utilizaron inicialmente óxidos metálicos como electrodos supercondensadores asimétricos, pero, Dado que los óxidos metálicos no tienen conductividades eléctricas particularmente altas y se vuelven inestables durante largos ciclos de funcionamiento, estaba claro que se necesitaba una alternativa mejor.

Nitruros metálicos como nitruro de titanio, que ofrecen alta conductividad y capacitancia, son una alternativa prometedora, pero tienden a oxidarse en ambientes acuosos que limitan su vida como electrodo. Una solución a esto es combinarlos con materiales más estables.

Hui Huang del Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur de A * STAR y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Nanyang y la Universidad de Jinan, Porcelana, han fabricado supercondensadores asimétricos que incorporan electrodos de nitruro metálico con láminas de grafeno apiladas.

Para obtener el máximo beneficio de la superficie de grafeno, el equipo utilizó un método preciso para crear películas delgadas, un proceso conocido como deposición de capa atómica, para cultivar dos materiales diferentes en nanohojas de grafeno alineadas verticalmente:nitruro de titanio para el cátodo de su supercondensador y nitruro de hierro para el ánodo. Luego, el cátodo y el ánodo se calentaron a 800 y 600 grados Celsius respectivamente, y se deja enfriar lentamente. Luego, los dos electrodos se separaron en el supercondensador asimétrico mediante un electrolito de estado sólido, lo que evitó la oxidación de los nitruros metálicos.

Los investigadores probaron sus dispositivos supercondensadores y demostraron que podían realizar un ciclo de 20, 000 veces y exhibió alta capacitancia y alta densidad de potencia. "Estas mejoras se deben al área de superficie ultra alta del sustrato de grafeno alineado verticalmente y al método de deposición de la capa atómica que permite su uso completo, "dice Huang." En investigaciones futuras, queremos aumentar el voltaje de trabajo del dispositivo para aumentar aún más la densidad de energía, "dice Huang.