Les scientifiques de Skoltech, L'Université d'État de Moscou (MSU) et l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT) ont proposé une nouvelle approche pour remplacer les atomes de carbone par des atomes d'azote dans le réseau cristallin du supercondensateur et ont développé une nouvelle méthode d'amélioration de la capacité basée sur la modification du réseau de carbone à l'aide du plasma . Leurs découvertes peuvent aider à créer la prochaine génération de sources d'alimentation pour l'électronique portable. Les résultats de leur étude ont été publiés dans Rapports scientifiques .

À mesure que les appareils portables évoluent, la demande de nouveaux types de sources d'énergie augmente. Les scientifiques ne cessent de chercher un moyen efficace d'améliorer les performances des sources d'énergie électrochimiques. Une source chimique de courant, le supercondensateur se distingue par des taux de charge et de décharge élevés et une capacité de stockage d'énergie plus élevée par unité de masse ou de volume par rapport à une batterie. Il est d'usage d'utiliser des matériaux poreux, tels que le carbone ou les métaux poreux, pour les supercondensateurs, cependant, les métaux rendent la source beaucoup plus lourde. Il existe plusieurs manières d'augmenter la capacité des sources d'énergie électrochimique tout en gardant leur poids inchangé, par exemple, en utilisant d'autres éléments plus légers ou en incorporant les atomes d'un autre élément dans le réseau cristallin (dopage). La deuxième méthode est censée offrir de meilleures perspectives, car il permet une incorporation aisée des atomes au stade de la synthèse de la structure carbonée. L'azote est l'un des éléments pris en compte pour le dopage. L'azote est impliqué dans les réactions d'oxydoréduction, ce qui entraîne une augmentation supplémentaire de la capacité. Bien que les scientifiques connaissent depuis longtemps la méthode de dopage, l'effet de l'azote sur les caractéristiques électrochimiques est encore mal connu.

Un groupe de scientifiques dirigé par le chercheur principal de Skoltech, le Dr Stanislav Evlashin, a démontré un moyen simple d'augmenter les performances électrochimiques des supercondensateurs. Leur approche permet de mieux comprendre le processus d'incorporation de l'azote. Les chercheurs ont réalisé les expériences en utilisant des nanoparois de carbone constituées de feuilles de graphène orientées verticalement, dans lequel ils ont remplacé une partie du carbone par de l'azote en utilisant un traitement de la structure du carbone par plasma. Les résultats de l'étude sont une étape importante vers la création de nouvelles sources d'énergie.

"Dans cette étude, nous avons utilisé une approche de post-traitement plasma afin d'améliorer la capacité des électrodes, " explique le Dr Evlashin. " Nous avons utilisé des structures carbonées à haute surface spécifique comme matériau de dopage dans le plasma d'azote et remplacé une partie des atomes de carbone par des atomes d'azote pour améliorer la capacité électrochimique de la source d'énergie. Cette approche peut être appliquée pour modifier n'importe quelle structure carbonée. Les échantillons obtenus ont été testés en utilisant diverses méthodes. Les résultats expérimentaux ont montré une augmentation de six fois de la capacité électrochimique et une excellente stabilité en cyclage. Nous avons également effectué une simulation DFT du processus d'incorporation d'azote qui met en lumière les mécanismes d'incorporation complexes. »