15 jan 2021 (Nanowerk Nieuws) Wetenschappers van de Polytechnische Universiteit van Tomsk hebben samen met collega's van de Universiteit van Lille (Lille, Frankrijk) een nieuw materiaal gesynthetiseerd op basis van gereduceerd grafeenoxide (rGO) voor supercondensatoren, apparaten voor energieopslag. De rGO-modificatiemethode met behulp van organische moleculen, derivaten van hypervalent jodium, maakte het mogelijk een materiaal te verkrijgen dat 1.7 keer meer elektrische energie opslaat. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Elektrochimica Acta ("Aryne Cycloadditiereactie als een gemakkelijke en milde modificatiemethode voor het ontwerp van elektrodematerialen voor krachtige symmetrische supercondensator").
Gemodificeerde rGO-supercondensatorelektroden. (Afbeelding: TPU) Een supercondensator is een elektrochemisch apparaat voor het opslaan en vrijgeven van elektrische lading. In tegenstelling tot batterijen slaan ze energie meerdere keren sneller op en geven ze deze weer vrij, en bevatten ze geen lithium. Een supercondensator is een element met twee elektroden, gescheiden door een organische of anorganische elektrolyt. De elektroden zijn bedekt met een materiaal dat elektrische lading verzamelt. De moderne trend in de wetenschap is het gebruik van verschillende materialen op basis van grafeen, een van de dunste en meest duurzame materialen die de mens kent. De onderzoekers van TPU en de Universiteit van Lille gebruikten gereduceerd grafeenoxide (rGO), een goedkoop en beschikbaar materiaal. “Ondanks hun potentieel zijn supercondensatoren nog niet wijdverspreid. Voor verdere ontwikkeling van de technologie is het nodig om de efficiëntie van supercondensatoren te verbeteren. Een van de belangrijkste uitdagingen hier is het vergroten van de energiecapaciteit. Dit kan worden bereikt door het oppervlak van een energieopslagmateriaal, in dit specifieke geval rGO, uit te breiden. We hebben een eenvoudige en vrij snelle methode gevonden. We gebruikten uitzonderlijk organische moleculen onder milde omstandigheden en gebruikten geen dure en giftige metalen”, zegt Pavel Postnikov, universitair hoofddocent van de TPU Research School of Chemistry and Applied Biomedical Science en de onderzoeksbegeleider. Gereduceerd grafeenoxide in poedervorm wordt op elektroden afgezet. Als gevolg hiervan wordt de elektrode bedekt met honderden nanolagen van de stof. De lagen hebben de neiging te agglomereren, met andere woorden, te sinteren. Om het oppervlak van een materiaal uit te breiden, moet de afstand tussen de lagen worden vergroot. “Voor dit doel hebben we rGO gemodificeerd met organische moleculen, wat resulteerde in een toename van de afstand tussen de lagen. Onbeduidende verschillen in de afstand tussen de lagen maakten het mogelijk de energiecapaciteit van het materiaal met 1.7 keer te vergroten. Dat wil zeggen dat 1 g van het nieuwe materiaal 1.7 keer meer energie kan opslaan in vergelijking met een ongerept gereduceerd grafeenoxide”, legt Elizaveta Sviridova, Junior Research Fellow van de TPU Research School of Chemistry and Applied Biomedical Sciences en een van de auteurs van het artikel uit. . De reactie verliep door de vorming van actieve arynen uit jodoniumzouten. Ze wekken de interesse van wetenschappers vanwege hun eigenschap om een enkele laag van nieuwe organische groepen op materiële oppervlakken te vormen. De TPU-onderzoekers ontwikkelen al jaren de chemie van jodoniumzouten. “De modificatiereactie verloopt onder milde omstandigheden door simpelweg de oplossing van jodoniumzout te mengen met gereduceerd grafeenoxide. Als we het vergelijken met andere methoden voor verminderde functionaliteit van grafeenoxide, hebben we de hoogste indicatoren voor de toename van de materiële energiecapaciteit bereikt”, zegt Elizaveta Sviridova.
Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57027.php
