Les dispositifs de stockage d'énergie et les écrans d'ordinateur peuvent sembler des mondes à part, mais ils ne le sont pas.

Lorsque le professeur agrégé Qi Hua Fan du département de génie électrique et d'informatique a entrepris de fabriquer un supercondensateur moins cher pour stocker l'énergie renouvelable, il a développé une nouvelle technologie plasma qui rationalisera la production d'écrans d'affichage.

Pour ses travaux sur les technologies des couches minces et du plasma, Fan a été nommé chercheur de l'année pour le Jerome J. Lohr College of Engineering. Ses recherches portent sur les matériaux nanostructurés utilisés pour le photovoltaïque, stockage d'énergie et affichages.

Fabrication d'électrodes pour supercondensateurs

Au printemps dernier, Fan a reçu une subvention de validation de principe du ministère de l'Énergie par l'intermédiaire du North Central Regional Sun Grant Center pour déterminer si le biochar, un sous-produit d'un processus qui convertit les matières végétales en biocarburant, pourrait être utilisé à la place du charbon actif coûteux pour fabriquer des électrodes pour les supercondensateurs.

Sun Grant encourage la collaboration entre les chercheurs des institutions de concession de terres, les agences gouvernementales et le secteur privé pour développer et commercialiser les énergies renouvelables, technologies bioénergétiques. Les subventions de validation de principe permettent aux chercheurs de faire progresser la recherche prometteuse au niveau supérieur vers le développement et la commercialisation de produits.

"La quantité de charge stockée dans un condensateur dépend de la surface, " Fan a expliqué, "et les nanoparticules de biochar peuvent créer une surface extrêmement grande qui peut alors contenir plus de charge."

Il dépose le biochar sur un substrat à l'aide d'un processus électrochimique en instance de brevet qu'il a développé et licencié à Applied Nanofilms LLC, à Brookings. Nanofilms appliqués et Wintek, une entreprise qui fabrique des écrans plats pour ordinateurs portables et écrans tactiles à Ann Arbor, Michigan, fourni des fonds de contrepartie.

A travers ce projet, Fan a développé un moyen plus rapide de traiter les particules de biochar en utilisant une nouvelle technologie appelée activation plasma. "Traiter signifie utiliser le plasma pour changer la surface du matériau, comme la création de pores, ", a déclaré Fan.

Le traitement plasma active le biochar en cinq minutes et à température ambiante, Le ventilateur a expliqué. L'activation chimique conventionnelle prend plusieurs heures et doit être effectuée à des températures élevées - environ 1, 760 degrés Fahrenheit.

"Cela économise de l'énergie et est beaucoup plus efficace, " a déclaré Fan. Dans ce projet, il a collaboré avec le professeur assistant Zhengrong Gu dans le département d'ingénierie agricole et des biosystèmes, dont les recherches portent sur les matériaux et dispositifs de stockage d'énergie. Ils prévoient d'utiliser ces résultats prometteurs pour demander un financement fédéral.

Application du procédé plasma aux écrans

La technique qui traite les électrodes de biochar pour les supercondensateurs peut également être utilisée dans la fabrication d'écrans, a expliqué Fan, qui était chercheur scientifique chez Wintek il y a plus de 10 ans. Depuis l'automne dernier, Fan a collaboré avec Wintek sur les moyens de produire plus efficacement, des matériaux plus performants, tels que les films minces de silicium et de carbone, pour les écrans de l'entreprise.

"Le traitement au plasma est une technologie très critique dans les matériaux et dispositifs optoélectroniques modernes, " expliqua Fan. Le plasma à haute énergie peut déposer des films minces hautement transparents et conducteurs, créer des semi-conducteurs de haute qualité, et modéliser des dispositifs à l'échelle micro ou nanométrique, rendant ainsi les images d'affichage plus lumineuses et plus claires.

Fan travaillera avec Wintek pour développer un prototype de système plasma. La méthode d'activation a le potentiel d'améliorer l'efficacité de la production, gain de temps et d'énergie, il a noté.