Uhlíkové nanostěny pro superkondenzátory

Superkondenzátory jsou zařízení, která dokážou pojmout velká množství energie a tu pak velmi rychle uvolnit. Jedná se o kondenzátory s řádově vyšší kapacitou, než jsou ty, které se využívají při klasickém bastlení. Využití najdou například jako zálohovací baterie, zdroje na startování motorů, apod.

Klíčovým problémem při vývoji superkondenzátorů (supercapacitors) je optimalizace maximální kapacity materiálu na jednotku hmotnosti. V nové studii se jako velice nadějný materiál ukázaly, tzv. uhlíkové nanostěny (Carbon NanoWalls – CNW).[1] To jsou shluky několika vrstev grafenu, ty vykazují velmi vysoký měrný povrch.

Obr. 1.: Grafenoví motýlci. Zdroj: https://commons.wikimedia.org

CNW byly připravený pomocí DC PECVD, jako substrát byl využit skelný uhlík a depozice probíhala v atmosféře methanu a vodíku. Měrná kapacita materiálu byla následně zvýšena dopováním připravených CNW dusíkem, to bylo provedeno v obloukovém výboji. Měrná kapacita nedopovaných CNW byla přibližně 105 F.g-1. Po dopování se zvýšila až na hodnotu 600 F.g-1.

V tabulce 1 jsou uvedeny parametry materiálů používaných v superkondenzátorech.

Tab. 1.: Přehled materiálů využívaných v kondenzátorech[2]
Materiál$$\frac{F}{g}$$ $$\frac{F}{cm^3}$$
Uhlíková tkanina20070
Aktivní uhlí160112
Uhlíkový aerogel 100-12584
Bezvodý RuO2150405
Hydratovaný RuO26501300

Studium dopovaných CNW prokázalo několik možných typů vložení dusíku do struktury grafenu. Dusík může vystupovat jako můstek mezi uhlíky v grafenové síti, nebo zaplnit uhlíkovou vakanci a vytvořit pyridinový kruh.

Obr. 2.: Ukázka dusíku v pyridinové pozici v grafenové síti

Literatura

  1. N-Doped Carbon NanoWalls for Power Sources
  2. Nanostructured Carbons: Double-Layer Capacitance and More

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..