Material baru ini dapat meningkatkan penggunaan energi terbarukan dan mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.
Ilustrasi film PEDOT pada lembaran graphene yang dapat digunakan dalam superkapasitor untuk menyimpan energi dalam jumlah besar. Gambar: Maher El-KadyRingkasan:
- Ilmuwan UCLA menemukan cara membuat plastik konduktif (PEDOT) untuk superkapasitor yang lebih efisien.
- Teknologi ini meningkatkan kapasitas penyimpanan energi dan kecepatan pengisian.
- Kapasitas penyimpanan energi mencapai 4.600 mF/cm² dan tahan hingga 100.000 siklus pengisian.
ngarahNyaho - Plastik telah membentuk dunia modern kita dan mengubah cara hidup kita. Selama beberapa dekade, plastik terutama digunakan dalam elektronik karena sifat isolasinya yang sangat baik.
Namun pada tahun 1970-an, para ilmuwan secara tidak sengaja menemukan bahwa beberapa plastik juga dapat menghantarkan listrik. Penemuan ini merevolusi bidang ini dan membuka pintu bagi aplikasi dalam elektronik dan penyimpanan energi.
Salah satu plastik elektrokonduktif yang paling banyak digunakan saat ini disebut PEDOT, kependekan dari poli(3,4-etilendioksitiofena).
PEDOT adalah film fleksibel dan transparan yang sering diaplikasikan pada permukaan film fotografi dan komponen elektronik untuk melindunginya dari listrik statis.
PEDOT juga ditemukan di layar sentuh, sel surya organik, dan perangkat elektrokromik, seperti jendela pintar yang beralih dari terang ke gelap dengan menekan tombol.
Namun, potensi PEDOT untuk penyimpanan energi terbatas karena bahan PEDOT yang tersedia secara komersial tidak memiliki konduktivitas listrik dan luas permukaan yang dibutuhkan untuk menampung energi dalam jumlah besar.
Ahli kimia UCLA mengatasi tantangan ini dengan metode inovatif untuk mengendalikan morfologi PEDOT guna menumbuhkan nanofiber secara tepat.
Nanofiber ini menunjukkan konduktivitas yang luar biasa dan luas permukaan yang lebih luas, yang keduanya penting untuk meningkatkan kemampuan penyimpanan energi PEDOT.
Pendekatan ini, yang dijelaskan dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam Advanced Functional Materials, menunjukkan potensi nanofiber PEDOT untuk aplikasi superkapasitor.
Tidak seperti baterai, yang menyimpan energi melalui reaksi kimia yang lambat, superkapasitor menyimpan dan melepaskan energi dengan mengakumulasi muatan listrik di permukaannya.
Hal ini memungkinkan superkapasitor untuk mengisi dan melepaskan muatan dengan sangat cepat, sehingga menjadikannya ideal untuk aplikasi yang membutuhkan semburan daya yang cepat.
Comtoh potensi penggunaannya pada sistem pengereman regeneratif pada kendaraan hibrida dan listrik serta lampu kilat kamera.
Dengan kemampuan tersebut, superkapasitor yang lebih baik merupakan salah satu cara untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil.
Ahli kimia UCLA menghasilkan material baru melalui proses pertumbuhan fase uap yang unik untuk menciptakan nanofiber PEDOT vertikal.
Nanofiber ini, yang menyerupai rumput lebat yang tumbuh ke atas, secara dramatis meningkatkan luas permukaan material, sehingga memungkinkannya menyimpan lebih banyak energi.
Dengan menambahkan setetes cairan yang mengandung serpihan nano graphene oxide dan ferric chloride pada lembaran grafit, para peneliti memaparkan sampel ini ke uap molekul prekursor yang akhirnya membentuk polimer PEDOT.
Alih-alih berkembang menjadi lapisan yang sangat tipis dan datar, polimer tersebut tumbuh menjadi struktur tebal seperti bulu, sehingga secara signifikan meningkatkan luas permukaan dibandingkan dengan material PEDOT konvensional.
"Pertumbuhan vertikal material yang unik memungkinkan kami membuat elektroda PEDOT yang menyimpan lebih banyak energi daripada PEDOT tradisional," kata penulis korespondensi dan ilmuwan material UCLA Maher El-Kady.
"Muatan listrik disimpan di permukaan material, dan lapisan PEDOT tradisional tidak memiliki luas permukaan yang cukup untuk menampung banyak muatan.
"Kami meningkatkan luas permukaan PEDOT dan dengan demikian meningkatkan kapasitasnya hingga cukup untuk membangun superkapasitor."
Para penulis menggunakan struktur PEDOT ini untuk membuat superkapasitor dengan kapasitas penyimpanan muatan yang sangat baik dan stabilitas siklus yang luar biasa, mencapai hampir 100.000 siklus.
Kemajuan ini dapat membuka jalan bagi sistem penyimpanan energi yang lebih efisien, yang secara langsung mengatasi tantangan global dalam energi terbarukan dan keberlanjutan.
"Polimer pada dasarnya adalah rantai panjang molekul yang dibangun dari blok-blok yang lebih pendek yang disebut monomer," kata El-Kady.
"Bayangkan seperti kalung yang terbuat dari manik-manik yang dirangkai menjadi satu. Kami memanaskan bentuk cair monomer di dalam sebuah ruang. Saat uap naik, mereka bereaksi secara kimia saat bersentuhan dengan permukaan nanoflake graphene.
"Reaksi ini menyebabkan monomer terikat dan membentuk nanofiber vertikal. Nanofiber ini memiliki luas permukaan yang jauh lebih tinggi, yang berarti mereka dapat menyimpan lebih banyak energi."
Material PEDOT baru telah menunjukkan hasil yang mengesankan, melampaui ekspektasi di beberapa area penting.
Konduktivitasnya 100 kali lebih tinggi daripada produk PEDOT komersial, membuatnya jauh lebih efisien untuk penyimpanan muatan.
Yang lebih luar biasa lagi adalah bahwa luas permukaan aktif secara elektrokimia dari nanofiber PEDOT ini empat kali lebih besar daripada PEDOT tradisional.
Luas permukaan yang meningkat ini sangat penting karena memungkinkan lebih banyak energi untuk disimpan dalam volume material yang sama, sehingga secara signifikan meningkatkan kinerja superkapasitor.
Berkat proses baru, yang menumbuhkan lapisan nanofiber tebal pada lembaran graphene, material ini sekarang memiliki salah satu kapasitas penyimpanan muatan tertinggi untuk PEDOT yang dilaporkan hingga saat ini—lebih dari 4.600 miliFarad per sentimeter persegi.
Itu hampir satu orde besaran lebih tinggi daripada PEDOT konvensional.
Selain itu, material ini sangat tahan lama, bertahan hingga lebih dari 70.000 siklus pengisian daya, jauh lebih awet daripada material tradisional.
Kemajuan ini membuka pintu bagi superkapasitor yang tidak hanya lebih cepat dan lebih efisien, tetapi juga lebih tahan lama, yang merupakan kualitas penting bagi industri energi terbarukan.
"Kinerja dan ketahanan elektroda kami yang luar biasa menunjukkan potensi besar untuk penggunaan PEDOT grafena dalam superkapasitor yang dapat membantu masyarakat kita memenuhi kebutuhan energi," kata penulis korespondensi Richard Kaner.
Kaner adalah profesor kimia dan ilmu material serta teknik terkemuka di UCLA, yang tim penelitiannya telah menjadi yang terdepan dalam melakukan penelitian polimer selama lebih dari 37 tahun. |Sumber: Tech Xplore
إرسال تعليق