Bilim İnsanları Yüksek Performanslı Süper Kapasitörler için Grafen Bazlı Materyal Sentezledi
Fotoğraf: Değiştirilmiş rGO süper kapasitör elektrotları.
Tomsk Politeknik Üniversitesi’nden bilim insanları, Lille Üniversitesi’nden (Lille, Fransa) meslektaşları ile birlikte, süper kapasitörler ve enerji depolama cihazları için indirgenmiş grafen okside (rGO) dayalı yeni bir malzemeyi sentezlediler. Organik moleküllerin, hipervalent iyot türevlerinin kullanıldığı rGO modifikasyon yöntemi, 1,7 kat daha fazla elektrik enerjisi depolayan bir materyal elde edilmesini sağladı.
Araştırma bulguları Electrochimica Acta’da ( “Yüksek Performanslı Simetrik Süperkapasitör için Elektrot Malzemelerinin Tasarımı için Kolay ve Hafif Modifikasyon Yöntemi olarak Aryne Cycloaddition Reaksiyonu” ) yayınlanmıştır.
Süper kapasitör, elektrik yükünün depolanması ve serbest bırakılması için kullanılan elektrokimyasal bir cihazdır. Pillerin aksine, enerjiyi birkaç kat daha hızlı depolar ve bırakırlar. Lityum içermezler.
Bir süper kapasitör, organik veya inorganik bir elektrolit ile ayrılmış iki elektrotlu bir elementtir. Elektrotlar, elektrik yükü biriktiren bir malzeme ile kaplanmıştır. Bilimdeki modern eğilim, insanoğlunun bildiği en ince ve en dayanıklı malzemelerden biri olan grafene dayalı çeşitli malzemeler kullanmaktır. TPU ve Lille Üniversitesi araştırmacıları, bu çalışma için ucuz ve mevcut bir malzeme olan indirgenmiş grafen oksit (rGO) kullandılar.
TPU Kimya ve Uygulamalı Biyomedikal Bilimler Okulu’nda Doçent olan Pavel Postnikov “Potansiyeli olmasına rağmen, süper kapasitörler henüz yaygın değil. Teknolojinin daha da geliştirilmesi için süper kapasitörlerin verimliliğini artırmak gerekiyor. Buradaki en önemli zorluklardan biri enerji kapasitesini artırmaktır. Enerji depolama malzemesi, bu özel durumda rGO’nun yüzey alanını genişleterek elde edilebilir. Basit ve oldukça hızlı bir yöntem bulduk. Hafif koşullar altında olağanüstü organik moleküller kullandık. Pahalı ve toksik metaller kullanmadık” diyor.
Toz halindeki indirgenmiş grafen oksit, elektrotlar üzerinde biriktirilir. Sonuç olarak, elektrot, maddenin yüzlerce nano ölçekli katmanıyla kaplanır. Katmanlar topaklanma, başka bir deyişle sinterleşme eğilimindedir. Bir malzemenin yüzey alanını genişletmek için, ara katman aralığı artırılmalıdır.
TPU Kimya ve Uygulamalı Biyomedikal Bilimler Araştırma Okulu Genç Araştırma Görevlisi ve makalenin yazarlarından biri olan Elizaveta Sviridova “Bu amaçla, rGO’yu organik moleküller ile modifiye ettik ve bu da ara katman aralıklarının artmasına neden oldu. Katmanlar arası aralıktaki önemsiz farklılıklar, malzemenin enerji kapasitesinin 1.7 kat artmasına izin verdi. Yani, 1 g yeni materyal, bozulmamış bir indirgenmiş grafen oksit ile karşılaştırıldığında 1,7 kat daha fazla enerji depolayabilir” diyor.
Reaksiyon, iyodonyum tuzlarından aktif arinlerin oluşumu yoluyla ilerledi. Malzeme yüzeylerinde tek bir yeni organik grup katmanı oluşturma özelliği nedeniyle bilim adamlarının ilgisini çekiyor. TPU araştırmacıları, uzun yıllardır iyodonyum tuzlarının kimyasını geliştiriyorlar.
Elizaveta Sviridova “Modifikasyon reaksiyonu, iyodonyum tuzu çözeltisinin indirgenmiş grafen oksit ile karıştırılmasıyla hafif koşullar altında ilerliyor. Bunu diğer indirgenmiş grafen oksit işlevselleştirme yöntemleriyle karşılaştırırsak, malzeme enerji kapasitesi artışının en yüksek göstergelerini elde ettik ” diyor.
Kaynak: nanowerk.com
