Den viktigaste designfunktionen här är att koncentrationen av polyetylenoxid varierar över elektrolyten, vilket skapar en så kallad koncentrationsgradient. Området intill elektroden har en högre koncentration av polyetylenoxid. Denna konfiguration möjliggör snabbare och friare jonflöde vid elektrod-elektrolytgränssnittet, vilket förbättrar den elektrokemiska prestandan. Men ju högre koncentration av polyetylenoxid, desto fler porer och desto svagare är materialet. För balans är den centrala delen av elektrolyten gjord med en lägre polyetylenoxidkoncentration, vilket gör att den kan ge strukturellt stöd samtidigt som effektivt jonflöde bibehålls.
”Denna gradientkonfiguration är hemligheten för att uppnå optimal prestanda med elektrolyter”, säger Ng. ”Istället för att använda en enda elektrolytkonfiguration designade vi strukturen för att ha hög elektrisk prestanda i ändarna som kontaktar elektroderna och hög mekanisk styrka i mitten.”
Även om detta representerar ett stort framsteg mot strukturell energilagring, konstaterar forskarna att det fortfarande finns mycket arbete att göra. Superkondensatorer har i allmänhet en hög effekttäthet, vilket innebär att de kan leverera stora mängder energi snabbt, men de har vanligtvis en lägre energitäthet än batterier.
”Vår framtida forskning kommer att fokusera på att öka energitätheten hos superkondensatorer för att göra dem jämförbara med vissa batteripaket”, säger studiens huvudförfattare Lulu Yao, Ph.D. i materialvetenskap och teknik. En student i Ngs labb. ”Det slutliga målet är att uppnå både högre energitäthet och högre effekttäthet.”
Artikel: ”Strukturella pseudokondensatorer med förbättrade gränssnitt för att förbättra multifunktionell effektivitet.” Medförfattare inkluderar Kai Zheng, Nandu Koripally och Xinyu Zhang från University of California, San Diego. Naresh Eidugulala och Jason D. Azoulay från University of Southern Mississippi;
Denna forskning stöddes av National Science Foundation (PFITT 2120103, MCA 2120701 och CNS-1901048). Delar av denna forskning utfördes vid San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) vid University of California, San Diego, en medlem av National Nanotechnology Coordinating Infrastructure som stöds av National Science Foundation (bidrag ECCS-1542148).