Los supercondensadores pueden almacenar más energía y son preferibles a las baterías porque pueden cargarse más rápido, principalmente debido a las nanohojas de grafeno verticales (VGN) que son más grandes y están colocadas más juntas. Los VGN son redes tridimensionales de nanomateriales de carbono que crecen en filas de láminas verticales, proporcionando una gran superficie para una mayor capacidad de almacenamiento de carga. También llamados nanopartículas de carbono o nanoflacas de grafeno, Los VGN son prometedores en sistemas de almacenamiento de energía de alta potencia, celdas de combustible, biosensores y dispositivos magnéticos, Entre otros.

El uso de VGN como material para electrodos de supercondensadores ofrece ventajas debido a sus intrigantes propiedades, como una nanoarquitectura porosa interconectada, excelente conductividad, alta estabilidad electroquímica, y su matriz de nanoelectrodos. Las ventajas de las VGN se pueden mejorar dependiendo de cómo se cultive el material, tratado y preparado para trabajar con electrolitos.

"El rendimiento de un supercondensador no solo depende de la geometría del material del electrodo, pero también depende del tipo de electrolito y su interacción con el electrodo, ", dijo Subrata Ghosh del Centro Indira Gandhi de Investigación Atómica en el Instituto Nacional Homi Bhabha." Para mejorar la densidad de energía de un dispositivo, La mejora potencial [eléctrica] de las ventanas será un factor clave ".

En un artículo publicado esta semana en el Revista de física aplicada , Ghosh y un equipo de investigadores descubrieron formas de mejorar las propiedades de supercapacidad del material.

Según modelado, Las VGN deberían poder proporcionar capacidades de almacenamiento de alta carga, y la comunidad científica está intentando desbloquear las claves para alcanzar los niveles de eficiencia teóricamente disponibles. Las mejoras necesarias para ser viables incluyen, por ejemplo, mayor capacitancia por unidad de material, mayor retención, menos resistencia interna, y mayores rangos de voltaje electroquímico (ventanas de potencial operativo).

"Nuestra motivación fue mejorar el rendimiento de VGN, "Dijo Ghosh." Hemos tomado dos estrategias. Uno está inventando un electrolito novedoso, y otro es mejorar la estructura de VGN mediante activación química. La combinación de ambos mejora notablemente el rendimiento del almacenamiento de carga ".

El equipo de investigadores trató VGN con hidróxido de potasio (KOH) para activar los electrodos y luego permitió que los electrodos tratados interactuaran con un electrolito híbrido. probar la formación de la doble capa eléctrica en la interfaz electrodo / electrolito. También examinaron la morfología, humectabilidad superficial, eficiencia colúmbica y capacitancia de área de VGN.

El nuevo electrolito que crearon es un híbrido que combina las ventajas de los electrolitos acuosos y orgánicos para una nueva versión híbrida organo-acuosa que trabaja para aumentar el rendimiento del supercondensador de las VGN. Usando una sal orgánica, Tetrafluoroborato de tetraetilamonio (TEABF4), en una solución acuosa ácida de ácido sulfúrico (H2SO4), crearon un electrolito que amplió la ventana operativa del dispositivo.

La mejora de la arquitectura VGN se asoció con el proceso de activación de KOH, que injertó el grupo funcional oxígeno en el electrodo, humectabilidad mejorada del electrodo, redujo la resistencia interna y proporcionó una mejora de cinco veces en la capacitancia de los VGN. El enfoque de activación en el documento se puede aplicar a otros dispositivos supercondensadores que se basan en nanoarquitectura, Dijo Ghosh.

"Los electrolitos acuosos y orgánicos se utilizan ampliamente, pero tienen sus propias ventajas y desventajas, ", dijo." De ahí surge el concepto de electrolito híbrido ".