Жизнеспособность суперконденсатора во многом определяется материалами, из которых состоят его аноды и катоды. Эти электроды должны иметь большую площадь поверхности на единицу веса, высокую электрическую проводимость и емкость, а также быть физически прочными, чтобы они не разрушались во время работы в жидких или агрессивных средах.В отличие от традиционных суперконденсаторов, в которых используется один и тот же материал для обоих электродов, анод и катод в асимметричном суперконденсаторе состоят из разных материалов.
Первоначально ученые использовали оксиды металлов в качестве электродов асимметричного суперконденсатора, но, поскольку оксиды металлов не обладают особенно высокой электропроводностью и становятся нестабильными при длительных рабочих циклах, было ясно, что необходима лучшая альтернатива.Нитриды металлов, такие как нитрид титана, которые обладают высокой проводимостью и емкостью, являются многообещающей альтернативой, но они имеют тенденцию к окислению в водной среде, что ограничивает их срок службы в качестве электрода. Решение этой проблемы — комбинировать их с более прочными материалами.
Хуэй Хуанг из Сингапурского института производственных технологий A * STAR и его коллеги из Наньянского технологического университета и Цзинаньского университета, Китай, изготовили асимметричные суперконденсаторы, в состав которых входят электроды из нитрида металла и уложенные друг на друга листы графена.Чтобы получить максимальную выгоду от поверхности графена, команда использовала точный метод создания тонких пленок, процесс, известный как осаждение атомных слоев, для выращивания двух разных материалов на вертикально ориентированных графеновых нанолистах: нитрида титана для катода суперконденсатора и нитрида железа. для анода. Катод и анод затем нагревали до 800 и 600 градусов Цельсия соответственно и давали медленно остыть. Затем два электрода были разделены в асимметричном суперконденсаторе твердотельным электролитом, который предотвращал окисление нитридов металлов.
Исследователи протестировали свои суперконденсаторные устройства и показали, что они могут работать 20000 циклов и продемонстрировали как высокую емкость, так и высокую плотность мощности. «Эти улучшения обусловлены сверхвысокой площадью поверхности вертикально ориентированной графеновой подложки и методом осаждения атомных слоев, который позволяет использовать ее в полной мере», — говорит Хуанг. «В будущих исследованиях мы хотим увеличить рабочее напряжение устройства, чтобы еще больше увеличить плотность энергии», — говорит Хуанг.Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, из Сингапурского института производственных технологий.