Electrodo de estaño amplifica supercondensadores

Los dispositivos de almacenamiento de energía de supercapacitores de carga rápida y alta capacidad se han visto limitados por la composición de sus electrodos, las conexiones responsables de administrar el flujo de electrones durante la carga y la distribución de energía. Los investigadores ahora han desarrollado un mejor material para mejorar la conectividad mientras mantienen la reciclabilidad y el bajo costo.

El equipo exploró las conexiones en un microsupercondensador, que utilizan en sus pequeños sensores portátiles para monitorear los signos vitales y más. El óxido de cobalto, un material abundante y económico que tiene una capacidad teóricamente alta para transferir rápidamente cargas de energía, generalmente constituye los electrodos. Sin embargo, los materiales que se mezclan con el óxido de cobalto para hacer un electrodo pueden reaccionar mal, lo que resulta en una capacidad de energía mucho más baja de lo que es teóricamente posible.

Los investigadores realizaron simulaciones de materiales de una biblioteca atómica para ver si agregar otro material, también llamado dopaje, podría amplificar las características deseadas del óxido de cobalto como electrodo al proporcionar electrones adicionales y minimizar o eliminar por completo los efectos negativos. Modelaron varias especies y niveles de materiales para ver cómo interactuarían con el óxido de cobalto. Muchos de los posibles materiales eran demasiado caros o tóxicos, por lo que el equipo seleccionó el estaño, que está ampliamente disponible a bajo costo y no es dañino para el medio ambiente.

En las simulaciones, los investigadores descubrieron que al sustituir parcialmente parte del cobalto por estaño y unir el material a una película de grafeno disponible comercialmente, un material de un solo átomo de espesor que admite materiales electrónicos sin cambiar sus propiedades, podrían fabricar un bajo costo. Electrodo fácil de desarrollar. Una vez que se completaron las simulaciones, el equipo realizó experimentos para ver si la simulación podía actualizarse.

Los resultados experimentales verificaron un aumento significativo de la conductividad de la estructura de óxido de cobalto después de la sustitución parcial por estaño. Se espera que el dispositivo desarrollado tenga aplicaciones prácticas prometedoras como dispositivo de almacenamiento de energía de próxima generación.

A continuación, el equipo planea usar su propia versión de película de grafeno, una espuma porosa creada cortando parcialmente y luego rompiendo el material con láser, para fabricar un capacitor flexible que permita una conductividad fácil y rápida. El supercondensador es un componente clave. El equipo también está interesado en combinarse con otros mecanismos para servir como un recolector de energía y un sensor.