Конденсаторы заряжаются и разряжаются очень быстро и более полезны для быстрых больших всплесков энергии, например, при вспышках фотокамер и электростанциях. Их способность быстро заряжаться и разряжаться является преимуществом по сравнению с длительным временем зарядки аккумуляторов. Однако проблема конденсаторов в том, что они хранят меньше энергии, чем батареи.Как можно улучшить накопление энергии в конденсаторе?
Один из подходов исследователей лаборатории профессора машиностроения Прабхакара Бандару из инженерной школы Джейкобса в Калифорнийском университете в Сан-Диего заключался в том, чтобы ввести больший заряд в конденсаторный электрод, используя графен в качестве модельного материала для своих тестов. Принцип заключается в том, что увеличение заряда приводит к увеличению емкости, что приводит к увеличению накопления энергии.Как это сделаноСоздание идеальной структуры углеродных нанотрубок — без дефектов, которые представляют собой дырки, соответствующие отсутствующим атомам углерода — практически невозможно.
Вместо того, чтобы избегать дефектов, исследователи из лаборатории Бандару придумали практический способ их использования.«Я был мотивирован с точки зрения того, что заряженные дефекты могут быть полезны для хранения энергии», — сказал Бандару.Команда использовала метод, называемый плазменной обработкой на основе ионов аргона, при котором образцы графена бомбардируются положительно заряженными ионами аргона. Во время этого процесса атомы углерода выбиваются из слоев графена и оставляют дырки, содержащие положительные заряды — это заряженные дефекты.
Воздействие на образцы графена аргоновой плазмы увеличивало емкость материалов в 3 раза.«Было интересно показать, что мы можем ввести дополнительную емкость, вводя заряженные дефекты, и что мы можем контролировать, какие заряженные дефекты мы можем внести в материал», — сказал Раджарам Нараянан, аспирант исследовательской группы профессора Бандару и первый автор. исследования.Используя рамановскую спектроскопию и электрохимические измерения, команда смогла охарактеризовать типы дефектов, которые плазменная обработка аргона привела к решеткам графена. Результаты выявили образование протяженных дефектов, известных как дефекты типа «кресло» и «зигзаг», названные в соответствии с конфигурациями отсутствующих атомов углерода.
Кроме того, электрохимические исследования помогли команде открыть новую шкалу длины, которая измеряет расстояние между зарядами. «Эта новая шкала длины будет важна для электрических приложений, поскольку она может обеспечить основу для того, насколько малы мы можем делать электрические устройства», — сказал Бандару.