IAP(계측 및 응용 물리학과), IISc(인도 과학 연구소)의 연구원 및 공동 연구자는 빛을 비추면 충전할 수 있는 새로운 슈퍼커패시터를 설계했습니다.이러한 슈퍼커패시터는 가로등, 센서 등 자가전력 전자장치 등 다양한 장치에 활용될 수 있다.

커패시터는 전극이라고 불리는 두 개의 금속판에 에너지를 전하로 저장하는 정전기 장치입니다.슈퍼커패시터는 커패시터의 업그레이드된 버전입니다. 전기화학적 현상을 이용하여 더 많은 에너지를 저장한다고 IAP 교수이자 해당 연구의 교신 저자인 Abha Misra는 설명합니다.출판됨에서재료화학 저널 A.

새로운 전극슈퍼커패시터~로 만들어졌다산화 아연투명한 불소가 도핑된 산화주석(FTO) 위에 직접 성장한 (ZnO) 나노막대.이는 IISc의 Misra 그룹의 첫 번째 저자이자 CV Raman 박사후 연구원인 Pankaj Singh Chauhan이 합성했습니다.

ZnO와 FTO는 모두 적절하게 정렬된 반도체입니다.에너지 수준, 광충전식 슈퍼커패시터의 우수한 성능을 가능하게 합니다.투명한 FTO는 슈퍼커패시터를 충전하는 광학 활성 ZnO 나노막대에 빛이 떨어지도록 합니다.Chauhan은 액체와 반고체 젤이라는 두 가지 전해질이 전극 사이의 전도성 매체로 사용되었다고 설명합니다.

전하를 저장하는 용량(커패시턴스)은 전극 사이의 거리에 반비례합니다.

"거리가 매우 작아짐에 따라 정전용량이 급증합니다"라고 Misra는 설명합니다.정전 커패시터에서는 전극 사이의 거리를 짧게 유지하는 것이 어렵습니다.그러나 슈퍼커패시터에서는 전극의 전하가 전해질의 반대로 전하를 띤 이온을 끌어당겨 전기 이중층 또는 EDL이라고 불리는 서로 원자만큼 떨어진 전하층이 형성됩니다.이로 인해 슈퍼커패시터의 정전용량이 높아집니다.

연구원들이 슈퍼커패시터에 자외선(UV) 빛을 비추자 이전에 보고된 슈퍼커패시터보다 몇 배 더 높은 커패시턴스가 크게 증가한 것을 발견했습니다.그들은 또한 두 가지 특이한 특성을 발견했습니다.첫째, 정전 용량은 일반적으로 전압이 증가함에 따라 감소하지만, 그들은 반대의 현상을 발견했습니다. 조명 조명 하에서 슈퍼커패시터의 정전 용량은 실제로 전압이 증가함에 따라 증가했습니다.

A.M은 “우리는 이를 넥킹(necking) 행동이라고 부릅니다.”라고 말합니다.라오(Rao) 미국 클렘슨대학교 교수이자 공동저자.그는 이것이 전극의 높은 다공성 때문일 수 있다고 설명합니다.둘째, 슈퍼커패시터 내에 저장된 에너지는 일반적으로 더 빨리 충전될 때 감소합니다. 왜냐하면 전해질의 이온이 증가된 충전 속도에 반응할 만큼 빠르게 움직이지 않기 때문입니다.그러나 연구진은 액체 전해질을 사용하여 자외선 하에서 빠르게 충전하면 슈퍼커패시터에 저장된 에너지가 놀라울 정도로 증가한다는 사실을 발견했습니다.

Rao 그룹의 박사후 연구원인 Mihir Parekh는 이러한 새로운 관찰을 설명하기 위한 이론적 모델을 개발했습니다.이번 발견은 고속 충전과 에너지 밀도가 높은 슈퍼커패시터를 동시에 개발할 수 있는 문을 열어준다고 그는 제안합니다.

현재의 슈퍼커패시터를 설계하기 위해 팀은 두 가지 핵심 아이디어를 탐구했습니다.첫째, 두 개의 광학 활성 반도체 인터페이스를 빛과의 상호 작용을 극대화하는 방식으로 결합하여 전극의 표면적을 늘려 더 높은 전하 생성을 유도했습니다.둘째, 효과적인 EDL을 보장하기 위해 액체 전해질이 사용되었습니다.이 모든 것이 합쳐져 뛰어난 성능을 발휘했습니다.

"아이디어는 단순했지만 함께 결합하면 매우 효과적이었습니다."라고 Misra는 설명합니다.그녀는 슈퍼커패시터의 디자인을 조정하면 가시광선과 적외선으로도 충전이 가능해질 수 있다고 덧붙였습니다.IISc-Clemson 팀은 더 나은 슈퍼커패시터를 설계하기 위해 관찰된 새로운 현상을 더 깊이 탐구하고 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.

"슈퍼커패시터에는 많은 응용 분야가 있습니다"라고 Misra는 설명합니다.예를 들어 가로등에 사용되는 태양전지를 잠재적으로 대체할 수 있습니다.전력 밀도가 높아 배터리보다 더 빨리 충전을 방출할 수 있습니다.또한 칩에 전원을 공급하는 데에도 사용할 수 있습니다.전자 기기휴대폰처럼.

"우리는 마이크로전자 칩과 함께 통합될 수 있도록 슈퍼커패시터를 미크론 규모로 소형화했습니다"라고 Misra는 덧붙입니다.