Os pesquisadores de Lawrence Livermore identificaram mudanças induzidas por carga elétrica na estrutura e na ligação dos eletrodos de carbono grafítico que podem um dia afetar a maneira como a energia é armazenada.

A pesquisa pode levar a uma melhoria na capacidade e eficiência dos sistemas de armazenamento de energia elétrica, como baterias e supercapacitores, necessário para atender às crescentes demandas do consumidor, tecnologias industriais e verdes.

A tecnologia do futuro exige que os sistemas de armazenamento de energia tenham uma capacidade de armazenamento muito maior, ciclagem de carga / descarga rápida e resistência aprimorada. O progresso nessas áreas exige uma compreensão mais completa dos processos de armazenamento de energia desde escalas atômicas até micron-comprimento. Como esses processos complexos podem mudar significativamente à medida que o sistema é carregado e descarregado, os pesquisadores têm se concentrado cada vez mais em como olhar o interior de um sistema operacional de armazenamento de energia. Embora as abordagens computacionais tenham avançado nas últimas décadas, o desenvolvimento de abordagens experimentais tem sido muito desafiador, particularmente para estudar os elementos leves que prevalecem em materiais de armazenamento de energia.

Um trabalho recente de uma equipe liderada pelo LLNL desenvolveu uma nova capacidade de espectroscopia de adsorção de raios-X que está fortemente acoplada a um esforço de modelagem para fornecer informações importantes sobre como a estrutura e ligação dos eletrodos de supercapacitor de carbono grafítico são afetados pela polarização das interfaces eletrodo - eletrólito durante o carregamento.

Supercapacitores grafíticos são sistemas modelo ideais para sondar fenômenos interfaciais porque são relativamente estáveis ​​quimicamente, amplamente caracterizados experimentalmente e teoricamente e são tecnologicamente interessantes. A equipe usou seu material de eletrodo a granel nanografeno 3D (3D-NG) recentemente desenvolvido como um modelo de material grafítico.

"Nossa capacidade de espectroscopia de adsorção de raios-X recentemente desenvolvida nos permitiu detectar o complexo, mudanças induzidas por campo elétrico na estrutura eletrônica que os eletrodos de supercapacitor à base de grafeno sofrem durante a operação. A análise dessas mudanças forneceu informações sobre como a estrutura e a ligação dos eletrodos evoluem durante a carga e descarga, "disse Jonathan Lee, um cientista do LLNL e autor correspondente de um artigo programado para aparecer como artigo de capa da edição de 4 de março da revista, Materiais avançados . "A integração de recursos de modelagem exclusivos para estudar a interface eletrodo-eletrólito carregada desempenhou um papel crucial em nossa interpretação dos dados experimentais."

Descobrir que a estrutura eletrônica dos eletrodos do supercapacitor de carbono grafítico pode ser adaptada por interações eletrodo-eletrólito induzidas por carga abre uma nova janela para sistemas de armazenamento de energia eletroquímica mais eficientes. Além disso, as técnicas experimentais e de modelagem desenvolvidas durante a pesquisa são prontamente aplicáveis ​​a outros materiais e tecnologias de armazenamento de energia.