2 aug. 2011
2 minuten
Het blijkt heel simpel te zijn om grafietoxide te veranderen in een supercondensator. Een lab van Rice University, in de Amerikaanse stad Houston, heeft ontdekt hoe deze transformatie kan worden bewerkstelligd.
Professor Pulickel Ajayan en zijn team van Rice ontdekten dat ze een dun plakje grafietoxide konden veranderen in een supercondensator door er patronen in te etsen met een laser. Wetenschappers wisten al dat de hitte van een laser grafietoxide kon veranderen in het elektrisch geleidende ‘gereduceerd grafietoxide’. Door patronen van gereduceerd grafietoxide te etsen in dunne plakken grafietoxide worden de plakken supercondensatoren, geschikt voor duizenden cycli aan energieopslag en vrijgave.
Verrassende ontdekking
Een verrassende ontdekking was dat grafietoxide, wanneer het gehydrateerd wordt, ionen kan vasthouden en als een vast elektrolyt en een elektrisch isolerend materiaal kan fungeren. "Dit is vrij makkelijk, aangezien grafietoxide water opzuigt als een spons en tot 16 procent van zijn gewicht kan vasthouden", aldus Wei Gao, een afstuderend student in Ajayan’s lab.
"De fundamentele doorbraak is dat grafietoxide, wanneer het water bevat, zich als een ionisch geleider gedraagt", geeft Ajayan aan. Zo kan zonder toevoegen van stoffen een supercondensator gemaakt worden. Je hebt alleen een patroon en elektroden nodig en je hebt een apparaat. Natuurlijk presteren de apparaten ook in aanwezigheid van externe elektrolyten, wat nog beter werkt.
Ajayan: "Ik denk dat je een hoop kleine apparaatjes gaat zien die kleine stroombronnen nodig hebben, maar ook iets grotere apparaten kunnen van stroom voorzien worden met dit materiaal; het is heel schaalbaar."
Patronen
Om een volledig functionerende supercondensator te bouwen moeten geleidende elektroden afgeschermd worden door een isolator die het elektrolyt bevat. Wanneer de laser-gemaakte patronen van gereduceerd grafietoxide worden gescheiden van elkaar door regulier grafietoxide, wordt het materiaal een apparaat voor energie-opslag. De patronen kunnen boven en onder elkaar, of op hetzelfde vlak geplaatst worden.
In de experimenten van Rice University, zoog de hitte van een laser zuurstof uit het oppervlak om donker poreus gereduceerd grafietoxide te maken, wat een niveau van weerstand gaf en de ionen in de grafietoxide vasthoudt tot een gecontroleerde vrijgave. Patronen werden in de grafietoxide geschreven met een nauwkeurigheid van bijna 1 micron.
Tests
De elektrochemische prestaties van het materiaal waren goed te noemen… en dat zonder chemicaliën. Tests uitgevoerd door Rice University en collega’s van de universiteit van Delaware, toonden aan dat de supercondensatoren goed presteerden vergeleken met bestaande dunne-film-microsupercondensatoren. Ajayan observeerde eigenschappen voor protontransport die gelijkwaardig zijn aan die van Nafion, een commercieel elektrolyt ontdekt in de jaren ’60.
Volgens Ajayan opent dit onderzoek de deur naar interessante mogelijkheden, bijvoorbeeld toepassingen in brandstofcellen en lithium-accu’s. De ontdekking is vooral verrassend omdat "een heleboel mensen al vijf of tien jaar naar grafietoxide kijken, maar niemand nog heeft geobserveerd wat wij hier hebben gezien", aldus Ajayan.
De ontdekking werd deze week gepubliceerd in de online editie van Nature Nanotechnology.
Anderen lazen ook
