Исследовательская группа во главе с Юн Ханг Ху, профессором материаловедения и инженерии Мичиганского технологического института Чарльза и Кэрролла МакАртур, создала совершенно новый способ синтеза углеродных наностенок, содержащих натрий. Раньше материал был чисто теоретическим, и журнал Nano Letters недавно опубликовал это изобретение.
Высокая электрическая проводимость и большая доступная площадь поверхности, которые требуются для идеальных электродных материалов в энергетических устройствах, противоположны друг другу в современных материалах. Аморфный углерод имеет низкую проводимость, но большую площадь поверхности. С другой стороны, графит обладает высокой проводимостью, но малой площадью поверхности. Трехмерный графен обладает лучшим из обоих свойств, а углерод, внедренный в натрий, изобретенный Ху из Мичиганского технологического института, даже лучше.
«Электропроводность углерода, заключенного в натрий, на два порядка больше, чем у трехмерного графена», — говорит Ху. «Структура наностенки со всеми ее каналами и порами также имеет большую доступную площадь поверхности, сравнимую с графеном».Это отличается от углерода, легированного металлами, где металлы просто находятся на поверхности углерода и легко окисляются; встраивание металла в настоящую углеродную структуру помогает защитить ее. Чтобы создать материал такой мечты, Ху и его команда должны были создать новый процесс.
Они использовали контролируемую по температуре реакцию между металлическим натрием и оксидом углерода, чтобы создать черный углеродный порошок, который захватил атомы натрия. Кроме того, в сотрудничестве с исследователями из Мичиганского университета и Техасского университета в Остине они продемонстрировали, что натрий был встроен в углерод, а не прилипал к его поверхности. Затем команда проверила материал в нескольких энергетических устройствах.В мире сенсибилизированных красителями солнечных элементов каждая десятая процента имеет значение для повышения эффективности и рентабельности устройств.
В исследовании солнечные элементы на основе платины достигли КПД преобразования энергии 7,89%, что считается стандартным. Для сравнения, солнечная батарея, использующая углерод Ху, содержащий натрий, достигла эффективности 11,03 процента.Суперконденсаторы могут принимать и доставлять заряды намного быстрее, чем аккумуляторные батареи, и идеально подходят для автомобилей, поездов, лифтов и другого тяжелого оборудования.
Сила их электрического удара измеряется в фарадах (Ф); плотность материала в граммах (г) также имеет значение.Активированный уголь обычно используется для суперконденсаторов; у него есть удар 71 F g-1. Трехмерный графен обладает большей мощностью при измерении 112 Ф · г-1.
Углерод, внедренный в натрий, выбивает их обоих из кольца при измерении 145 F g-1. Кроме того, после 5000 циклов зарядки / разрядки материал сохраняет емкость 96,4%, что указывает на стабильность электрода.
Ху говорит, что инновации в энергетических устройствах пользуются большим спросом. Он видит светлое будущее у углерода, внедренного в натрий, и улучшений, которые он предлагает в солнечной технологии, батареях, топливных элементах и суперконденсаторах.