L'explosion des appareils électroniques mobiles, véhicules électriques, les drones et autres technologies ont stimulé la demande de nouveaux matériaux légers pouvant fournir la puissance nécessaire pour les faire fonctionner. Des chercheurs de l'Université de Houston et de l'Université Texas A&M ont signalé une électrode de supercondensateur structurelle fabriquée à partir d'oxyde de graphène réduit et de nanofibre d'aramide qui est plus résistante et plus polyvalente que les électrodes conventionnelles à base de carbone.

L'équipe de recherche de l'UH a également démontré que la modélisation basée sur la nanoarchitecture matérielle peut fournir une compréhension plus précise de la diffusion des ions et des propriétés associées dans les électrodes composites que la méthode de modélisation traditionnelle, qui est connu comme le modèle des médias poreux.

« Nous proposons que ces modèles basés sur la nanoarchitecture du matériau soient plus complets, détaillé, informatif et précis par rapport au modèle des milieux poreux, " a déclaré Haleh Ardebili, Bill D. Cook Professeur agrégé de génie mécanique à l'UH et auteur correspondant pour un article décrivant le travail, Publié dans ACS Nano .

Des méthodes de modélisation plus précises aideront les chercheurs à trouver de nouveaux matériaux nano-architecture plus efficaces qui peuvent fournir une durée de vie de la batterie plus longue et une énergie plus élevée à un poids plus léger, elle a dit.

Les chercheurs connaissaient le matériau testé :oxyde de graphène réduit et nanofibre d'aramide, ou rGO/ANF—était un bon candidat en raison de ses fortes propriétés électrochimiques et mécaniques. Les électrodes des supercondensateurs sont généralement constituées de matériaux poreux à base de carbone, qui fournissent des performances d'électrode efficaces, dit Ardebili.

Alors que l'oxyde de graphène réduit est principalement constitué de carbone, la nanofibre d'aramide offre une résistance mécanique qui augmente la polyvalence de l'électrode pour une variété d'applications, y compris pour les militaires. Le travail a été financé par le Bureau de la recherche scientifique de l'US Air Force.

En plus d'Ardebili, les co-auteurs incluent le premier auteur Sarah Aderyani et Ali Masoudi, les deux UH; et Smit A. Shah, Micah J. Green et Jodie L. Lutkenhaus, tout de A&M.

Le présent article reflète l'intérêt des chercheurs pour l'amélioration de la modélisation des nouveaux matériaux énergétiques. "Nous voulions transmettre que les modèles conventionnels là-bas, qui sont des modèles basés sur des médias poreux, peut ne pas être assez précis pour concevoir ces nouveaux matériaux nano-architecturés et étudier ces matériaux pour des électrodes ou d'autres dispositifs de stockage d'énergie, " dit Ardebili.

C'est parce que le modèle de support poreux suppose généralement des tailles de pores uniformes dans le matériau, plutôt que de mesurer les différentes dimensions et propriétés géométriques du matériau.

"Ce que nous proposons, c'est que oui, le modèle de support poreux peut être pratique, mais ce n'est pas forcément exact, " Ardebili a déclaré. "Pour les appareils de pointe, nous avons besoin de modèles plus précis pour mieux comprendre et concevoir de nouveaux matériaux d'électrode."