La fabricación de grafeno afecta la idoneidad de los electrodos de supercondensador

La fabricación de grafeno afecta la idoneidad de los electrodos de supercondensador


En un estudio publicado recientemente en el diario de almacenamiento de energía, Se presentaron cuatro procesos de fabricación simples y económicos diferentes para crear nanoestructuras de grafeno densamente empaquetadas adecuadas para supercondensadores.

La fabricación de grafeno afecta la idoneidad de los electrodos de supercondensador

Estudio: Grafeno fabricado mediante diferentes enfoques para supercondensadores de capacitancia volumétrica ultraalta. Créditos de las fotos: Producción Perig/Shutterstock.com

Importancia de fuentes de alimentación fiables

La pérdida inminente de recursos fósiles y la necesidad de sistemas de alta energía son problemas importantes en todo el mundo. El almacenamiento de energía, que es la respuesta crucial a las preguntas anteriores, debe ser transportable, eficiente en combustible y ecológicamente inocuo.

Sin embargo, cada vez es más difícil desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía rentables, libres de mantenimiento, funcionales y respetuosas con el medio ambiente. Estas propiedades están diseñadas para satisfacer la creciente demanda de generadores variables en el tiempo, automóviles eléctricos híbridos, dispositivos portátiles y máquinas herramienta. Como resultado, el desarrollo de dispositivos de energía fiables basados ​​en supercondensadores con rendimiento/densidad de energía mejorados se ha convertido en un tema clave de investigación.

Los condensadores eléctricos de doble capa (EDLC) y los procesos redox de superficie son dos técnicas de almacenamiento de energía ampliamente utilizadas en supercondensadores. Los materiales a base de carbono, como los nanotubos de carbono (CNT) y el carbón activado (AC), se utilizan a menudo para electrodos de condensadores eléctricos de doble capa porque proporcionan una alta durabilidad pero tienen propiedades de absorción limitadas.

Dado que las funciones de los capacitores eléctricos de doble capa son un fenómeno superficial, la eficiencia del proceso de carga y descarga depende principalmente del volumen libre del electrolito.

Los electrolitos no pueden entrar en los pequeños poros de las láminas de grafeno, por lo que no se forma una doble capa en estos agujeros. Estos resultados conducen a una disminución de los valores de resistencia del carbón activado. Para aumentar su inductancia, debe tener una gran superficie, excelente conductividad eléctrica, alta estabilidad química y física y nanopartículas óptimas.

Métodos típicos de fabricación de grafeno

Los métodos comunes de fabricación de grafeno incluyen la deposición química de vapor (CVD), la dermoabrasión sintética de grafito en solventes polares y la disminución profunda del óxido de grafeno (GO).

El grafito de alta calidad se produce exfoliando el grafito y creciendo en las superficies; sin embargo, no es práctico para la producción a gran escala.

El grafeno producido por deposición química de vapor tiene propiedades mejoradas que son críticas para aumentar la concentración de portadores en aplicaciones electrónicas debido a su arquitectura de monocapa, imperfecciones mínimas y grandes dominios de cristal. Sin embargo, el grafeno producido por el proceso de deposición química de vapor no es adecuado para supercondensadores debido a su alto costo de producción y rendimiento limitado.

Se debe abordar una estrategia de producción en masa de bajo costo de síntesis de grafeno. En este sentido, los métodos más efectivos y menos costosos implican la molienda eléctrica y la oxidación del grafeno para capturar
Henóxido seguido de una disminución bien controlada de óxido de grafeno a grafeno.

¿Por qué se utiliza la floculación electrolítica?

Las capas moleculares de grafeno generalmente estaban compuestas por grupos epóxido y compuestos epoxi fenólicos en la superficie y restos carboxilo en los bordes. Estos compuestos ácidos ionizados en las esquinas ayudan a estabilizar el grafeno como una lámina delgada en sistemas acuosos mediante fuerzas débiles de van der Waals.

Este alto nivel de tasa de disolución de agua permite una estrategia viable para el exceso de productos a base de grafeno. Debido a su conveniencia, bajo costo y alta eficiencia, la descamación electrolítica de materiales de carbono es un enfoque viable para producir grafeno.

Se puede aplicar una carga favorable o desfavorable a la superficie del grafeno utilizando un ánodo, lo que facilita la absorción de iones con carga opuesta y acelera el desgaste.

Se han desarrollado procesos de exfoliación catódica y anódica utilizando entornos iónicos y solventes apropiados. Dado que se encuentra en electrolitos líquidos como H2CON EL FIN DE4 y sus materiales inorgánicos, la abrasión anódica se usa más comúnmente que la abrasión electrocatalítica.

Resultados archivados

Se prepararon cuatro muestras de grafito de alta densidad compacta usando una variedad de métodos que incluyen abrasión eléctrica, método de reducción hidrotermal, la técnica de poliol mejorado y degradación de gas. Se evaluaron sus eficiencias como sustratos de supercondensadores y, inicialmente, se utilizaron análisis XRD, FTIR y Raman para validar la precisión de la recolección de muestras, seguidos de TEM y SEM para evaluar sus formas.

Las muestras de exfoliación electroquímica (GE) y reducción solvotérmica (GS) tuvieron las mayores intensidades de campo espectrométricas de masas (volumétricas) de 400 y 300 F g, respectivamente-1y excelentes propiedades de estabilidad.

Por el contrario, el grafeno producido por oxidación de gas hidrógeno tiene la capacidad más baja. estas impedancias macroscópicas se encuentran entre los valores más altos registrados hasta la fecha para compuestos de carbono en una solución electrolítica. Además, el producto de GE se analizó utilizando una técnica de dos electrodos y la capacitancia del electrodo estaba en un valor realmente moderado.

Después de 3000 ciclos, el electrodo GE mostró una reducción de capacidad del 11% debido a la influencia de los grupos de oxígeno. Estos resultados muestran que la técnica de producción y, por lo tanto, la forma del grafeno son cruciales para mejorar las propiedades eléctricas.

referencia

Elsherif, SA, Ibrahim, MA y Ghany, NA (2022). Grafeno fabricado por diferentes enfoques para supercondensadores de capacitancia volumétrica ultra alta. Diario de almacenamiento de energía. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X22003097?via%3Dihub

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