Pequeñas abolladuras en la superficie del grafeno aumentan enormemente su potencial como supercondensador. Aun mejor, puede estar hecho de dióxido de carbono.

Un científico de materiales de la Universidad Tecnológica de Michigan inventó un enfoque novedoso para tomar dióxido de carbono y convertirlo en grafeno 3-D con microporos en su superficie. El proceso es el foco de un nuevo estudio publicado en la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados .

La conversión de dióxido de carbono en materiales útiles generalmente requiere un alto aporte de energía debido a su estabilidad ultra alta. Sin embargo, El profesor de ciencias de los materiales, Yun Hang Hu, y su equipo de investigación crearon una reacción de liberación de calor entre el dióxido de carbono y el sodio para sintetizar grafeno microporoso de superficie tridimensional.

"El grafeno microporoso de superficie tridimensional es un material nuevo, "Hu dice, explicando que la superficie del material está marcada con microporos y se pliega en mesoporos más grandes, ambos aumentan la superficie disponible para la adsorción de iones electrolitos. "Sería un excelente material de electrodo para dispositivos de almacenamiento de energía".

Supercondensadores Holey

Las propiedades supercapacitivas de la estructura única del grafeno microporoso de superficie tridimensional lo hacen adecuado para ascensores, autobuses grúas y cualquier aplicación que requiera un ciclo rápido de carga / descarga. Los supercondensadores son un tipo importante de dispositivo de almacenamiento de energía y se han utilizado ampliamente para sistemas de frenado regenerativo en vehículos híbridos.

Básicamente, un material de supercondensador necesita almacenar y liberar una carga. El factor limitante es la rapidez con que los iones pueden moverse a través del material.

Los supercondensadores comercializados actualmente emplean carbón activado usando franjas de microporos para proporcionar una acumulación de carga eficiente. Sin embargo, Los iones de electrolitos tienen dificultad para difundirse en o a través de sus microporos profundos, aumentando el tiempo de carga.

"El nuevo grafeno microporoso de superficie tridimensional resuelve esto, "Hu dice." Los mesoporos interconectados son canales que pueden actuar como un depósito de electrolitos y los microporos superficiales adsorben iones de electrolitos sin necesidad de tirar de los iones profundamente dentro del microporo ".

El mesoporo es como un puerto y los iones de electrolito son barcos que pueden atracar en los microporos. Los iones no tienen que recorrer una gran distancia entre la navegación y el atraque, lo que mejora en gran medida los ciclos de carga / descarga que pueden realizar. Como resultado, el material exhibió una capacitancia de área ultra alta de 1.28 F / cm2, que se considera una excelente capacidad de velocidad, así como una excelente estabilidad cíclica para supercondensadores.

De Thin Air

Para sintetizar el material a partir de dióxido de carbono, El equipo de Hu agregó dióxido de carbono al sodio, seguido de un aumento de la temperatura a 520 grados centígrados. La reacción puede liberar calor en lugar de requerir un aporte de energía.

Durante el proceso, El dióxido de carbono no solo forma láminas de grafeno en 3D, pero también excava los microporos. Las pequeñas abolladuras tienen solo 0,54 nanómetros de profundidad en las capas superficiales de grafeno.

El trabajo de Hu está financiado por la National Science Foundation (NSF) y se detalla en el Interfaces y materiales aplicados ACS artículo "Un material de electrodo ideal, Grafeno microporoso de superficie 3D para supercondensadores con capacitancia de área ultra alta ".