Os cientistas propuseram um método para criar supercapacitores flexíveis que podem carregar completamente um smartphone em segundos

Uma equipe de cientistas do Centro de Nanotecnologia da Universidade da Flórida Central (UCF) desenvolveu um novo método para criar supercapacitores flexíveis . Eles acumulam mais energia e suportam mais de 30 mil ciclos de carga sem danos. Um novo método de criação de nanocapacitores pode se tornar uma tecnologia revolucionária na produção de smartphones e veículos elétricos.

Os criadores têm certeza: se você substituir as baterias comuns por novos nanocapacitores, qualquer smartphone será carregado completamente em alguns segundos. O proprietário pode não pensar a cada poucas horas sobre onde carregar o smartphone: o dispositivo não será descarregado por uma semana.

Cada proprietário de smartphone enfrenta um problema insolúvel: aproximadamente 18 meses após a compra, a bateria média fica carregando cada vez menos tempo e, finalmente, se degrada. Para resolvê-lo, os cientistas estão explorando o potencial dos nanomateriais para melhorar os supercapacitores. A longo prazo, eles podem suportar ou até substituir baterias em dispositivos eletrônicos. Isso é bastante difícil de alcançar: para um ionistor transportar tanta energia quanto uma bateria de íons de lítio, ele deve exceder significativamente o tamanho usual da bateria.

Uma equipa de UCF experimentado com a utilização de materiais bidimensionais recentemente descoberto alguns átomos de espessura - películas finas de dichalcogenides de metais de transição ( DTM ). Outros cientistas tentaram trabalhar comgrafeno e outros materiais bidimensionais , mas não se pode dizer que essas tentativas foram bem-sucedidas.

Os dichalcogenetos bidimensionais de materiais de transição são um material promissor para supercapacitores capacitivos, devido à sua estrutura em camadas e grande área de superfície. Experiências anteriores integrando DTMs com outros nanomateriais melhoraram as características eletroquímicas dos primeiros. No entanto, esses híbridos não resistiram a um número suficiente de ciclos de recarga. Isso ocorreu devido a uma violação da integridade estrutural dos materiais nas junções entre si e na montagem aleatória.

Todos os cientistas que de uma maneira ou de outra tentaram melhorar as tecnologias existentes se perguntaram: "Como combinar materiais bidimensionais com sistemas existentes?". A equipe da UCF desenvolveu uma abordagem simples de síntese química que pode integrar com êxito os materiais existentes com dichalcogenetos metálicos bidimensionais. Isto foi afirmado pelo principal autor do estudo, Eric Jung.

A equipe de Jung desenvolveu supercapacitores consistindo em milhões de fios de nanômetros revestidos com dichalcogenetos de metais de transição. Um núcleo altamente condutor fornece rápida transferência de elétrons para carga e descarga rápidas. O invólucro uniforme dos materiais bidimensionais é caracterizado por alta intensidade energética e potência específica.

Os cientistas têm certeza de que os materiais bidimensionais abrem amplas perspectivas para os elementos de armazenamento de energia. Mas até que os pesquisadores da UCF tivessem uma maneira de combinar os materiais, não era possível realizar esse potencial. "Nossos materiais, projetados para pequenos dispositivos eletrônicos, superaram as tecnologias convencionais em todo o mundo em termos de densidade de energia, densidade de potência e estabilidade cíclica", disse o Dr. Nitin Chudhari, que conduziu uma série de estudos.

A estabilidade cíclica determina quantas vezes uma bateria pode ser carregada, descarregada e recarregada antes de começar a se degradar. As modernas baterias de íon de lítio podem ser carregadas cerca de 1,5 mil vezes sem avarias graves. O recém-desenvolvido protótipo de supercapacitor suporta vários milhares desses ciclos. O ionistor de casca bidimensional não se degradou mesmo após ser recarregado 30 mil vezes. Agora Jung e sua equipe estão trabalhando para patentear um novo método.

Os nanocapacitores podem ser usados ​​em smartphones, veículos elétricos e de fato - em qualquer dispositivo eletrônico. Eles poderiam ajudar os fabricantes a capitalizar com as mudanças repentinas de potência e velocidade. Como os ionistores são bastante flexíveis, eles são adequados para eletrônicos e tecnologia vestíveis.

Apesar de todas as vantagens do novo supercapacitor, o desenvolvimento ainda não está pronto para comercialização. No entanto, este estudo pode ser outro forte impulso para o desenvolvimento de alta tecnologia.

Trabalho científico publicado na revista ACS Nano 12 de outubro de 2016
DOI: 10.1021 / acsnano.6b06111

Source: https://habr.com/ru/post/pt399295/