Исследование может привести к усовершенствованию способности и эффективности систем хранения электроэнергии, таких как батареи и суперконденсаторы, необходимые для удовлетворения растущих потребительских потребностей, промышленных и зеленых технологий.

Технология будущего требует, чтобы системы хранения энергии обладали значительно более высокой емкостью, высокой скоростью циклов зарядки-разрядки и улучшенной износостойкостью. Для прогресса в этих сферах требуется более полное понимание процессов хранения энергии от атомного до микромасштаба.

Поскольку эти сложные процессы способны существенно изменяться, ведь система заряжается и разряжается, исследователи в полной мере сосредоточились на том, как заглянуть внутрь работающей системы хранения энергии.

Хотя за прошлые десятилетия компьютерные подходы были значительно усовершенствованы, развитие экспериментальных подходов остается весьма проблематичным, особенно для исследования световых элементов, которые распространены в материалах для хранения энергии.

Недавняя работа ученых посвящена разработке новой возможности рентгеноскопической адсорбционной спектроскопии, плотно совмещенной с моделированием для предоставления ключевой информации о том, как на структуру и связь графитовых электродов суперконденсаторов влияет поляризация интерфейсов электрода-электролита в ходе зарядки.

Графитовые суперконденсаторы — это идеальные моделирующие системы для анализа пограничных явлений, поскольку они обладают относительной химической стабильностью, широко характеризованы экспериментально и теоретически и, наконец, любопытны с технологической точки зрения. Ученые применили недавно разработанный трехмерный нанографеновый объемный материал электрода в качестве модели графитового материала.

«Недавно разработанная способность рентгеноскопической адсорбционной спектроскопии позволила нам обнаружить сложные изменения в электронной структуре, которым подвергаются электроды суперконденсаторов на графеновой основе во время работы. Анализ этих изменений обеспечивает информацию о том, как структура и связи электродов изменяются в ходе зарядки и разрядки», сообщил Джонатан Ли. „Интеграция уникальных модельных свойств для исследования заряженного интерфейса электрода-электролита играет решающую роль в нашей интерпретации экспериментальных данных“.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

То, что электронную структуру графитовых электродов суперконденсаторов можно настроить с помощью зарядиндуцированных электрод-электролитных взаимодействий, открывает дверь в мир более эффективных электрохимических систем хранения энергии. Более того, экспериментальные и моделирующие методы, разработанные в ходе исследования, применимы и к другим материалам и технологиям, используемым для хранения энергии.