Graphene Light Energy Concept 777x544 1 2
Thông tin công nghệ

Mực nano Graphene để sản xuất phụ gia siêu tụ điện

Graphene Light Energy Concept

Nghiên cứu do Suprem Das của Đại học bang Kansas, trợ lý giáo sư kỹ thuật hệ thống công nghiệp và sản xuất, phối hợp với Christopher Sorensen, giáo sư vật lý xuất sắc của trường đại học, chỉ ra những cách tiềm năng để sản xuất mực nano dựa trên graphene để sản xuất phụ gia siêu tụ điện ở dạng điện tử linh hoạt và có thể in được.

Khi các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới nghiên cứu khả năng thay thế pin bằng siêu tụ điện, một thiết bị năng lượng có thể sạc và xả rất nhanh – trong vòng vài chục giây – nhóm nghiên cứu do Das dẫn đầu đã đưa ra một dự đoán thay thế. Công việc của nhóm có thể được điều chỉnh để tích hợp chúng nhằm khắc phục quá trình sạc chậm của pin. Hơn nữa, Das đã và đang phát triển sản xuất phụ gia các siêu tụ điện nhỏ – được gọi là siêu tụ điện vi mô – để một ngày nào đó chúng có thể được sử dụng để tích hợp quy mô wafer trong quá trình xử lý silicon.

“Sản xuất phụ gia rất hấp dẫn, tiết kiệm chi phí và có những cân nhắc về thiết kế linh hoạt,” Das nói.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển các siêu tụ điện đã được thử nghiệm trong 10.000 chu kỳ sạc và xả, một con số hứa hẹn sẽ đánh giá độ tin cậy của các thiết bị này, Das cho biết Nhóm cũng đang nghiên cứu tính linh hoạt của các siêu tụ điện vi mô này bằng cách in trên linh hoạt cơ học các bề mặt. Để làm được điều này, họ đã sử dụng chất nền polyimide – nhựa – 20 micromet-hin với độ tin cậy cao. Das rất quan tâm đến việc dịch các tài liệu mới nổi sang các thiết bị.

“Khi bạn nghĩ về những vật liệu tốt nhất và mong muốn tạo ra những thiết bị tốt nhất, điều đó thật không đơn giản và dễ hiểu,” Das nói. “Sau đó, người ta cần phải hiểu vật lý và hóa học nền tảng liên quan đến các thiết bị.”

Một lợi thế khác của phát minh của Das là các khía cạnh xanh của nghiên cứu mà ông đã hình dung ra thông qua các cuộc thảo luận mang tính xây dựng với Sorensen. Khi Das gặp Sorensen, anh nhận ra mình có thể sử dụng chuyên môn của mình trong lĩnh vực sản xuất phụ gia để biến những vật liệu này thành những thứ hữu ích; trong trường hợp này là chế tạo các thiết bị lưu trữ năng lượng cực nhỏ.

Vài tháng sau, Das nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ sau khi phát triển công nghệ mực nano và sử dụng nó để chứng minh siêu tụ điện siêu nhỏ được in.

Das đặc biệt quan tâm đến việc hình thành sự hợp tác hiệp đồng này với Sorensen vì tính chất tiết kiệm năng lượng, có khả năng mở rộng cao và không chứa hóa chất của quy trình sản xuất graphene và quy trình sản xuất mực graphene của nhóm anh ấy. Cả hai quy trình này đều là công nghệ được cấp bằng sáng chế / đang chờ cấp bằng sáng chế và có liên quan đến công nghiệp, Das nói.

Sorensen cho biết: “Chúng tôi tạo ra graphene nhiều lớp, chất lượng cao bằng cách cho nổ hỗn hợp nhiên liệu giàu hydrocacbon không bão hòa như axetylen với oxy trong một buồng nhiều lít,” Sorensen nói. “Phương pháp được cấp bằng sáng chế của chúng tôi rất đơn giản, cần rất ít năng lượng, do đó rất lành tính về mặt sinh thái; yêu cầu không có hóa chất độc hại; và đã được mở rộng quy mô để sản xuất graphene chất lượng cao, rẻ tiền. ”

Graphene đã được công nhận là một vật liệu kỳ diệu có nhiều tiềm năng vì nhiều tính chất vật lý bậc nhất của nó Nhiều phương pháp sản xuất graphene đã được phát triển trên toàn cầu và graphene đã được sản xuất với số lượng hàng tấn. Tuy nhiên, các nhà công nghệ nhận thức rõ rằng graphene vẫn chưa có mặt trên thị trường bởi vì không có phương pháp nào trong số này có sự kết hợp phù hợp giữa kinh tế, sinh thái và chất lượng sản phẩm để cho phép graphene phát huy hết tiềm năng của nó. Nhưng cả hai phương pháp sản xuất graphene và mực nano được theo đuổi tại Đại học Bang Kansas đều là mục tiêu để giải quyết tất cả các yêu cầu này, theo Sorensen và Das.

Nghiên cứu về siêu tụ điện đã in, Graphene Aerosol Gel Ink for Print Micro-Supercapacitors, gần đây đã được xuất bản dưới dạng bài báo trên tạp chí ACS Applied Energy Materials .

Tham khảo: “Graphene Aerosol Gel Ink for Print Micro-Supercapacitors” của Anand PS Gaur, Wenjun Xiang, Arjun Nepal, Justin P. Wright, Pingping Chen, Thiba Nagaraja, Shusil Sigdel, Brice LaCroix, Christopher M. Sorensen và Suprem R. Das , Ngày 11 tháng 6 năm 2021, Vật liệu Năng lượng Ứng dụng ACS .
DOI: 10.1021 / acsaem.1c00919

Cựu nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Anand Gaur từ nhóm nghiên cứu Das, một số nghiên cứu sinh trong nhóm của Das và Sorensen, và phó giáo sư Brice LaCroix trong khoa địa chất K-State đã đóng góp vào công việc này. Công trình được hỗ trợ bởi một khoản tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.