Hibridne plazemsko omogočene nanostrukture za napredne superkondenzatorje
Oznaka in naziv projekta
J2-50074 Hibridne plazemsko omogočene nanostrukture za napredne superkondenzatorje
J2-50074 Hybrid plasma-enabled nanostructures for advanced supercapacitors
Logotipi ARIS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Uroš Cvelbar
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Vsebinski opis projekta
Projekt bo raziskal zeleni pristop k sintezi, inženiringu in načrtovanju hibridnih nanostrukturiranih elektrod na osnovi ogljika z uporabo plazemskih tehnik nanosa. Plazemska zasnova elektrod ponuja pristop priprave brez veziva z neposredno izdelavo elektrodnih materialov na tokovnih kolektorjih (podlagi). Ta tehnika prinaša zelen pristop k hitremu kemijskem razvoju naprednih elektrod z nizkimi stroški. Čeprav imajo tehnike plazemskega nanašanja ogromen potencial v napravah za shranjevanje energije, je treba pojasniti nekatera temeljna raziskovalna vprašanja, da bi se plazma sploh lahko uporabila kot tržno zanimiva tehnika za pripravo visoko zmogljivih hibridnih nanoogljičnih elektrod za superkondenzatorje. Projekt bo namenjen reševanju teh glavnih izzivov in bo imel poudarek na naslednjih aktivnostih:
1. Razviti edinstveni plazemski sistem za sintezo nanoogljikov v velikem obsegu z različno morfologijo, orientacijo in kristalno strukturo. Pomembno je razviti plazemski sistem, ki lahko s prilagajanjem parametrov sintetizira različne željene nanoogljike. Prav tako bo treba podrobno razložiti mehanizme preklopa horizontalnih struktur na navpične. Ugotoviti je potrebno tudi vpliv posameznih razelektritvenih in plazemskih parametrov na mehanizem rasti.
2. Raziskati pristop za nadzorovano manipulacijo napak in površinski inženiring nanoogljikov. Manipulirati želimo z nanoogljiki z ustvarjanjem prostih mest v kristalni strukturi, funkcionalizacijo površine in dopirati s heteroatomi kot neposredno metodo za nadzor površinske kemije. Vsak dopiran atom in stopnja napak imata pomembno vlogo pri elektrokemijski učinkovitosti superkondenzatorjev. Zato je ključnega pomena razvoj tehnike za sintezo nanoogljikov z vnaprej določeno površinsko kemijo.
3. Razumevanje neznanega področja o vplivu dopantov na elektrokemijsko kinetiko. Nanoogljik, dopiran z različnimi heteroatomi, ima različne intrinzične fizikalne lastnosti in elektrokemijske učinke. Treba je pojasniti učinke določene funkcionalne/atomske skupine v primerjavi z njeno konfiguracijo na zmogljivost superkondenzatorja.
4. Optimizacija primernih hibridov nanoogljik/redox aktivnih in izboljšanje masne obremenitve. Strukturna sestava in optimalna masna obremenitev aktivnega materiala sta med številnimi neraziskanimi vprašanji, povezanimi s superkondenzatorji. Nedavne raziskave so pokazale, da imajo posebne kombinacije elektrod na osnovi nanoogljika/redox aktivnih materialov velik potencial za superkondenzatorje. Vendar pa ustrezna konfiguracija elektrod za doseganje visoke gostote energije še vedno ni rešena. Zato lahko hibridne elektrode, pripravljene s plazmo, z navpično poravnavo in redoks aktivnimi središči olajšajo zmogljivost shranjevanja energije in ta hibrid bi lahko zadovoljil industrijske zahteve z zadostno masno obremenitvijo za doseganje visoke gostote energije.
5. Zasnova hibridnih samostojnih superkondenzatorjev na osnovi ogljika. Optimiziranje morfologije elektrod, prava izbira dopanta ali funkcionalizacijske skupine, ustrezen psevdokapacitivni material je še vedno treba identificirati, da se lahko izboljša kapacitivnost naprave in energijska gostota.
6. Optimizacija konfiguracije elektrod za aplikacije visokofrekvenčnega filtriranja. Čeprav se poroča o nekaterih novih nanostrukturah, je kapacitivnost pri visoki frekvenci še relativno nizka. Zato je potrebno za praktično uporabo filtriranja razkriti specifično morfologijo, strukturo mikropor in navpične kanale. Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
Delovni sklop 1: Raziskave in razvoj: plazemsko zasnovane nanokarbonske platforme
Delovni sklop 2: Raziskave in razvoj: plazemsko prilagajanje nanokarbonskih platform
Delovni sklop 3: Raziskave in razvoj: Načrtovanje hibridnih nanokarbonskih elektrod
Delovni sklop 4: Izdelava superkondenzatorjev visoke energetske gostote
Delovni sklop 5: Vodenje in širitev projekta