Os nanobastões de dióxido de manganês não alinhados à esquerda foram feitos usando métodos convencionais. Os nanobastões alinhados à direita foram cultivados no laboratório de Desheng (Dennis) Meng na Universidade Tecnológica de Michigan usando deposição eletroforética. Usando nanobastões alinhados, O grupo de Meng conseguiu construir um capacitor químico superior. Crédito:Sunand Santhanagopalan
(Phys.org) - Um novo processo para o cultivo de florestas de nanobastões de dióxido de manganês pode levar à próxima geração de capacitores de alto desempenho.
Como um material de armazenamento de energia para baterias e capacitores, o dióxido de manganês tem muito a seu favor:é barato, ecologicamente correto e abundante. Contudo, capacitores químicos feitos com dióxido de manganês não têm a potência de um capacitor físico típico à base de carbono. O cientista Dennis Desheng Meng da Universidade Tecnológica de Michigan teorizou que a situação poderia ser melhorada se o dióxido de manganês fosse transformado em nanobastões, que são como nanotubos, apenas sólido em vez de oco. Contudo, um obstáculo tem sido a fabricação de nanobastões de dióxido de manganês com o conjunto certo de atributos. Até agora, os pesquisadores conseguiram cultivar nanobastões que tinham a melhor estrutura cristalina ou estavam alinhados, mas não ambos.
Agora, O grupo de pesquisa de Meng desenvolveu uma técnica para cultivar nanobastões de dióxido de manganês que não são apenas retos e altos (pelo menos para os nano-padrões), mas também tem a estrutura de cristal ideal, conhecido como α-MnO 2 .
Isso minimiza a resistência interna, permitindo que o capacitor carregue e descarregue repetidamente sem se desgastar. Essa é uma receita para um capacitor melhor:ele pode armazenar mais energia, extraia essa energia mais rapidamente, e trabalhar mais entre as recargas. Mais, ele pode ser usado repetidamente. Mesmo depois que o grupo de Meng recarregou seu capacitor mais de 2, 000 vezes, ele ainda foi capaz de recuperar mais de 90 por cento de sua carga original.
O dispositivo de Meng pertence à família dos produtos químicos, ou redução-oxidação, capacitores. Eles são híbridos entre supercapacitores físicos, que liberam uma explosão de energia e descarregam rapidamente, e baterias, que geralmente armazenam mais energia e a liberam gradualmente durante um período mais longo. Tipicamente, os capacitores químicos têm mais energia e menos potência do que os físicos.
Os capacitores químicos feitos com nanobastões de dióxido de manganês de Meng oferecem o melhor dos dois mundos:eles retêm mais energia, como uma bateria, além disso, eles produzem ainda mais energia do que um capacitor físico à base de carbono comparável.
Sua equipe conseguiu cultivar uma nanofloresta de nanobastões de dióxido de manganês usando deposição eletroforética, técnica em que pequenas partículas são depositadas em um substrato sob a influência de um campo elétrico. O processo não é especialmente difícil. "Fizemos isso em um laboratório, mas esta é uma manufatura escalonável, "diz ele." Podemos imprimi-lo continuamente de uma maneira rolo a rolo, e você pode tornar o substrato muito grande, se desejar. "
Capacitores feitos com nanobastões de dióxido de manganês podem ajudar veículos híbridos e elétricos a acelerar mais rapidamente ou podem ser acoplados a células solares. “O processo também abre a porta para muitas outras aplicações, não apenas supercapacitores, "diz Meng.
