Les supercondensateurs peuvent stocker plus d'énergie que les batteries et sont préférables aux batteries car ils sont capables de se charger plus rapidement, principalement en raison des nanofeuillets verticaux de graphène (VGN) qui sont plus grands et plus proches les uns des autres. Les VGN sont des réseaux 3D de nanomatériaux de carbone qui se développent en rangées de feuilles verticales, offrant une grande surface pour une plus grande capacité de stockage de charge. Également appelées nanoparois de carbone ou nanoflocons de graphène, Les VGN sont prometteurs dans les systèmes de stockage d'énergie haute puissance, réservoirs de carburant, biocapteurs et dispositifs magnétiques, entre autres.

L'utilisation de VGN comme matériau pour les électrodes de supercondensateurs offre des avantages en raison de leurs propriétés intrigantes telles qu'une nanoarchitecture poreuse interconnectée, excellente conductivité, haute stabilité électrochimique, et son réseau de nanoélectrodes. Les avantages des VGN peuvent être améliorés en fonction de la façon dont le matériau est cultivé, traité et préparé pour travailler avec des électrolytes.

"Les performances d'un supercondensateur ne dépendent pas seulement de la géométrie du matériau de l'électrode, mais dépend aussi du type d'électrolyte et de son interaction avec l'électrode, " a déclaré Subrata Ghosh du Centre Indira Gandhi pour la recherche atomique de l'Institut national Homi Bhabha. " Pour améliorer la densité énergétique d'un appareil, L'amélioration potentielle [électrique] des fenêtres sera un facteur clé."

Dans un article publié cette semaine dans le Journal de physique appliquée , Ghosh et une équipe de chercheurs ont découvert des moyens d'améliorer les propriétés de supercapacité du matériau.

D'après la modélisation, Les VGN devraient être en mesure de fournir des capacités de stockage de charge élevées, et la communauté scientifique essaie de débloquer les clés pour atteindre les niveaux d'efficacité qui sont théoriquement disponibles. Les améliorations nécessaires pour être viable comprennent, par exemple, une plus grande capacité par unité de matériau, une plus grande rétention, moins de résistance interne, et de plus grandes plages de tension électrochimique (fenêtres de potentiel de fonctionnement).

"Notre motivation était d'améliorer les performances du VGN, " a déclaré Ghosh. "Nous avons adopté deux stratégies. On invente un nouvel électrolyte, et un autre améliore la structure du VGN par activation chimique. La combinaison des deux améliore considérablement les performances de stockage de charge."

L'équipe de chercheurs a traité les VGN avec de l'hydroxyde de potassium (KOH) pour activer les électrodes, puis a permis aux électrodes traitées d'interagir avec un électrolyte hybride, tester la formation de la double couche électrique à l'interface électrode/électrolyte. Ils ont également examiné la morphologie, mouillabilité superficielle, efficacité colombique et capacité surfacique de VGN.

Le nouvel électrolyte qu'ils ont créé est un hybride qui combine les avantages des électrolytes aqueux et organiques pour une nouvelle version hybride organo-aqueuse qui fonctionne pour augmenter les performances des supercondensateurs des VGN. A l'aide d'un sel organique, tétrafluoroborate de tétraéthylammonium (TEABF4), dans une solution aqueuse acide d'acide sulfurique (H2SO4), ils ont créé un électrolyte qui a étendu la fenêtre de fonctionnement de l'appareil.

L'amélioration de l'architecture VGN a été associée au processus d'activation de KOH, qui a greffé la fonction oxygène sur l'électrode, meilleure mouillabilité des électrodes, une résistance interne réduite et une amélioration de cinq fois de la capacité des VGN. L'approche d'activation dans l'article peut être appliquée à d'autres dispositifs de supercondensateurs basés sur la nanoarchitecture, dit Gosh.

« Les électrolytes aqueux et organiques sont largement utilisés, mais ils ont leurs propres avantages et inconvénients, " dit-il. " D'où le concept d'électrolyte hybride. "