Rajaram Narayanan, étudiant diplômé en nano-ingénierie à l'UC San Diego Jacobs School of Engineering et auteur principal de l'article Nano Letters
Ingénieurs de l'Université de Californie, San Diego a découvert une méthode pour augmenter la quantité de charge électrique qui peut être stockée dans le graphène, une forme bidimensionnelle de carbone. La recherche, publié récemment en ligne dans la revue Lettres nano , peut permettre de mieux comprendre comment améliorer la capacité de stockage d'énergie des condensateurs pour des applications potentielles dans les voitures, éoliennes, et l'énergie solaire.
Les condensateurs se chargent et se déchargent très rapidement, et sont plus utiles pour les grandes poussées d'énergie rapides, tels que les flashs d'appareils photo et les centrales électriques. Leur capacité à se charger et se décharger rapidement est un avantage par rapport au long temps de charge des batteries. Cependant, le problème avec les condensateurs est qu'ils stockent moins d'énergie que les batteries.
Comment améliorer le stockage d'énergie d'un condensateur ? Une approche des chercheurs du laboratoire du professeur de génie mécanique Prabhakar Bandaru à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego consistait à introduire plus de charge dans une électrode de condensateur en utilisant le graphène comme matériau modèle pour leurs tests. Le principe est qu'une charge accrue entraîne une augmentation de la capacité, ce qui se traduit par une augmentation du stockage d'énergie.
Comment c'est fait
Faire une structure de nanotubes de carbone parfaite une sans défauts, qui sont des trous correspondant aux atomes de carbone manquants ― est presque impossible. Plutôt que d'éviter les défauts, les chercheurs du laboratoire de Bandaru ont trouvé un moyen pratique de les utiliser à la place.
"J'étais motivé du point de vue que les défauts chargés peuvent être utiles pour le stockage d'énergie, " dit Bandaru.
L'équipe a utilisé une méthode appelée traitement plasma à base d'ions argon, dans lequel des échantillons de graphène sont bombardés d'ions d'argon chargés positivement. Au cours de ce processus, les atomes de carbone sont éliminés des couches de graphène et laissent des trous contenant des charges positives ― ce sont les défauts chargés. L'exposition des échantillons de graphène à un plasma d'argon a multiplié par trois la capacité des matériaux.
Défauts de zigzag et fauteuil en grahene
"C'était passionnant de montrer que nous pouvons introduire une capacité supplémentaire en introduisant des défauts chargés, et que nous pouvions contrôler quel type de défaut accusé nous pourrions introduire dans un matériau, " dit Rajaram Narayanan, un étudiant diplômé du groupe de recherche du professeur Bandaru et premier auteur de l'étude.
En utilisant la spectroscopie Raman et des mesures électrochimiques, l'équipe a pu caractériser les types de défauts que le traitement au plasma d'argon a introduits dans les réseaux de graphène. Les résultats ont révélé la formation de défauts étendus appelés défauts "fauteuil" et "zigzag", qui sont nommés en fonction des configurations des atomes de carbone manquants.
En outre, des études électrochimiques ont aidé l'équipe à découvrir une nouvelle échelle de longueur qui mesure la distance entre les charges. « Cette nouvelle échelle de longueur sera importante pour les applications électriques, puisqu'il peut fournir une base pour la petite taille que nous pouvons faire des appareils électriques, " dit Bandaru.
