Científicos de Skoltech, La Universidad Estatal de Moscú (MSU) y el Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) han propuesto un nuevo enfoque para reemplazar los átomos de carbono con átomos de nitrógeno en la red cristalina del supercondensador y desarrollaron un nuevo método de mejora de la capacidad basado en la modificación de la red de carbono con la ayuda de plasma. . Sus hallazgos pueden ayudar a crear la próxima generación de fuentes de energía para dispositivos electrónicos portátiles. Los resultados de su estudio fueron publicados en Informes científicos .

A medida que evolucionan los dispositivos portátiles, crece la demanda de nuevos tipos de fuentes de energía. Los científicos siguen buscando una forma eficaz de mejorar el rendimiento de las fuentes de energía electroquímica. Una fuente química de corriente, el supercondensador se distingue por altas tasas de carga y descarga y una mayor capacidad de almacenamiento de energía por unidad de masa o volumen en comparación con una batería. Es costumbre utilizar materiales porosos, como carbono o metales porosos, para supercondensadores, sin embargo, los metales hacen que la fuente sea mucho más pesada. Hay varias formas de aumentar la capacidad de las fuentes de energía electroquímica sin modificar su peso, por ejemplo, utilizando otros elementos más ligeros o incorporando los átomos de otro elemento en la red cristalina (dopaje). Se cree que el segundo método ofrece mejores perspectivas, ya que permite una fácil incorporación de átomos en la etapa de síntesis de la estructura del carbono. El nitrógeno es uno de los elementos considerados para el dopaje. El nitrógeno está involucrado en reacciones redox, lo que conduce a un aumento adicional de la capacidad. Aunque los científicos conocen desde hace mucho tiempo el método de dopaje, el efecto del nitrógeno sobre las características electroquímicas aún se conoce poco.

Un grupo de científicos dirigido por el investigador principal de Skoltech, el Dr. Stanislav Evlashin, demostró una forma sencilla de aumentar el rendimiento electroquímico de los supercondensadores. Su enfoque proporciona una mejor comprensión del proceso de incorporación de nitrógeno. Los investigadores realizaron los experimentos utilizando nanopared de carbono hechos de láminas de grafeno orientadas verticalmente. en el que reemplazaron parte del carbono con nitrógeno mediante el tratamiento de la estructura del carbono por plasma. Los resultados del estudio son un paso importante hacia la creación de nuevas fuentes de energía.

"En este estudio, utilizamos un enfoque de postratamiento con plasma para mejorar la capacidad de los electrodos, "explica el Dr. Evlashin." Utilizamos estructuras de carbono con una superficie específica alta como material para el dopaje en el plasma de nitrógeno y reemplazamos una parte de los átomos de carbono con átomos de nitrógeno para mejorar la capacidad electroquímica de la fuente de energía. Este enfoque se puede aplicar para modificar cualquier estructura de carbono. Las muestras obtenidas se analizaron utilizando varios métodos. Los resultados experimentales mostraron un aumento de seis veces en la capacidad electroquímica y una excelente estabilidad cíclica. También realizamos una simulación DFT del proceso de incorporación de nitrógeno que arroja algo de luz sobre los complejos mecanismos de incorporación ".