Eletrodo de estanho amplifica supercapacitores

Os dispositivos de armazenamento de energia de supercapacitor de alta capacidade e carregamento rápido foram limitados pela composição de seus eletrodos – as conexões responsáveis ​​por gerenciar o fluxo de elétrons durante o carregamento e a distribuição de energia. Os pesquisadores agora desenvolveram um material melhor para melhorar a conectividade, mantendo a reciclabilidade e o baixo custo.

A equipe explorou as conexões em um micro-supercapacitor, que eles usam em seus pequenos sensores vestíveis para monitorar sinais vitais e muito mais. O óxido de cobalto – um material abundante e barato que teoricamente tem alta capacidade de transferir rapidamente cargas de energia – normalmente compõe os eletrodos. No entanto, os materiais que se misturam com óxido de cobalto para fazer um eletrodo podem reagir mal, resultando em uma capacidade de energia muito menor do que teoricamente possível.

Os pesquisadores executaram simulações de materiais de uma biblioteca atômica para ver se a adição de outro material – também chamado de dopagem – poderia amplificar as características desejadas do óxido de cobalto como eletrodo, fornecendo elétrons extras, minimizando ou removendo completamente os efeitos negativos. Eles modelaram várias espécies e níveis de materiais para ver como eles interagiriam com o óxido de cobalto. Muitos dos materiais possíveis eram muito caros ou tóxicos, então a equipe selecionou o estanho, que está amplamente disponível a um baixo custo e não é prejudicial ao meio ambiente.

Nas simulações, os pesquisadores descobriram que, substituindo parcialmente o cobalto por estanho e ligando o material a um filme de grafeno comercialmente disponível – um material de um único átomo de espessura que suporta materiais eletrônicos sem alterar suas propriedades – eles poderiam fabricar um filme de baixo custo. , eletrodo fácil de desenvolver. Uma vez que as simulações foram concluídas, a equipe realizou experimentos para ver se a simulação poderia ser atualizada.

Os resultados experimentais verificaram um aumento significativo da condutividade da estrutura do óxido de cobalto após a substituição parcial por estanho. Espera-se que o dispositivo desenvolvido tenha aplicações práticas promissoras como o dispositivo de armazenamento de energia de próxima geração.

Em seguida, a equipe planeja usar sua própria versão de filme de grafeno - uma espuma porosa criada cortando parcialmente e quebrando o material com lasers - para fabricar um capacitor flexível para permitir uma condutividade fácil e rápida. O supercapacitor é um componente chave. A equipe também está interessada em combinar com outros mecanismos para servir como coletor de energia e sensor.