Superkondensaattorit voivat tällä hetkellä varastoida paljon vähemmän energiaa kuin olisi ihanteellista. Tämän korjaamiseksi ryhmä japanilaisia tutkijoita ehdottaa sähköä johtavien nanotimanttihiukkasten käyttämistä elektrodimateriaalina. Tuloksena oleva korkean suorituskyvyn energian varastointilaite sopii sovelluksiin, jotka vaativat nopeaa varaamista ja purkamista tapahtuvan useita kertoja pitkän käyttöiän ajan.
Potentiaalistaan huolimatta superkondensaattoreilla on tällä hetkellä tiettyjä haittoja, jotka estävät niiden laajaa käyttöä. Yksi niistä on niiden alhainen energiatiheys.
Tutkijat yrittivät alkuun ratkaista tätä ongelmaa käyttämällä orgaanisia liuottimia elektrolyyttinä kondensaattorin jännitteen nostamiseksi. Orgaaniset liuottimet ovat kuitenkin kalliita ja niiden johtavuus on alhainen. Sittemmin on pähkäilty, josko vesipitoinen elektrolyytti olisi parempi ja siitä onkin tullut superkondensaattorien kehittämisen keskeinen aihe.
Tohtori Takeshi Kondo ja ryhmä tutkijoita Tokion teknisestä yliopistosta ja Daicel -yhtiöstä Japanista tutkivat mahdollisuutta käyttää uutta materiaalia eli boorilla seostettua nanotimanttia elektrodina superkondensaattoreissa. Elektrodimateriaalin valinta perustui tietoon, että boorilla seostetuilla timanteilla on laaja potentiaalinen ikkuna. Tämän ominaisuuden ansiosta korkean energian varastointilaite voi pysyä vakaana ajan mittaan.
Tutkijat käyttivät elektrodiensa valmistukseen MPCVD-tekniikkaa (mikroaalto-plasma-avusteinen kemiallinen höyrystys). He havaitsivat, että kahden elektrodin järjestelmässä, jossa oli vesipitoinen rikkihappo elektrolyytti, nämä elektrodit tuottivat paljon korkeamman jännitteen kuin perinteiset kennot, mikä johti superkondensaattorin paljon suurempaan energia- ja tehotiheyteen.
Lisäksi he näkivät, että jopa 10 000 lataus- ja purkusyklin jälkeen elektrodi pysyi erittäin vakaana. Tutkijat tekivät kokeet ensin rikkihappoelektrolyytillä ja sitten kyllästetyllä natriumperkloraattiliuoksella, joka antoi edellistäkin suuremman jännitteen.
Tohtori Kondon mukaan boorilla seostetut nanotimanttielektrodit ovat hyödyllisiä vesipohjaisissa superkondensaattoreissa, jotka toimivat suuren energian varastointilaitteina. Ne soveltuvat nopeaan lataamiseen ja purkamiseen.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.12.2019
