Pagsabog ng Tree Gum Nagpapahaba ng Buhay ng Supercapacitor

Ang mga baterya ay kabilang sa mga pinakapopular na aparato para sa pag-iimbak ng enerhiya. Ang mga electrochemical na aparatong ito ay maaaring i-charge at i-discharge nang maraming beses nang hindi nasisira. Nag-aalok ito ng maraming benepisyo, tulad ng nabawasang gastos sa enerhiya, pinataas na enerhiya independensya, pinabuting katatagan ng grid, at suporta para sa integrasyon ng renewable na enerhiya.

Ngunit may isa pang electrochemical na aparato para sa pag-iimbak ng enerhiya na may mas malaking kakayahan kaysa sa mga baterya. Ang aparatong iyon ay isang supercapacitor, na tinatawag ding ultracapacitor o electrochemical capacitor.

Ang isang mataas na kapasidad na aparato para sa pag-iimbak ng enerhiya, ang supercapacitor, ay nagbubuo ng tulay sa pagitan ng mga baterya at tradisyunal na capacitor.

Ang aparatong ito ay nagpapakita ng mataas na power density, na halos isang libong beses na mas mataas kaysa sa mga rechargeable na baterya. Nag-iimbak din ito ng mas maraming karga kaysa sa isang capacitor at nagcha-charge at nagdi-discharge nang mas mabilis kaysa sa mga baterya.

Bukod sa pagkakaroon ng mahabang cyclic stability, ang mga supercapacitor ay may mabilis na kahusayan sa pag-charge/discharge, na ginagawang angkop ito para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mabilis na pagbugso ng kapangyarihan. Sa kasalukuyan, ang mga supercapacitor ay lalong ginagamit sa iba’t ibang aplikasyon kabilang ang mga laser, portable power supply, kagamitan para sa camera flash, pulsed light generator, mga sistema ng renewable na enerhiya, hybrid electric vehicle, at pang-industriyang backup ng kuryente.

Ngayon, ang isang supercapacitor ay binubuo ng dalawang electrode, mga elektronikong konduktor na nakakonekta sa panlabas na circuit, na pinaghiwalay ng electrolyte, isang ionic conductor, at isang separator, na isang membran na elektrikal na naghihiwalay sa kanila upang hindi mag-short circuit ang mga electrode habang pinapayagan ang ilang ion na dumaan upang maiwasan ang open circuit sa sistema.

Dahil sa mataas nitong power density at pagiging kaibigan sa kapaligiran, tulad ng kakayahang i-recycle, ang supercapacitor ay isa sa pinaka-malawak at aktibong pinag-aaralan na mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya.

Sa isang supercapacitor, ang surface-controlled reaction ang pangunahing nagtatakda ng capacitance nito. Dahil dito, ang matatag na interface sa pagitan ng electrode at electrolyte ay susi sa pag-abot ng mataas na performance at pagtiyak ng matatag na electrochemical performance.

Ang mga katangian ng interface ay mahalaga upang matiyak ang mataas na electrochemical performance, kaya ang mga mananaliksik ay nagde-develop ng iba’t ibang paraan upang mapabuti at malampasan ang mga isyung kaugnay nito.

Gayunpaman, ang lahat ng pagsubok na ito ay humaharap sa malalaking limitasyon tulad ng scalability, gastos, pagiging kaibigan sa kapaligiran, at ilang hakbang na kasangkot sa pagproseso. Kaya, mahalagang makabuo ng isang napapanatiling solusyon na tumutugma sa mga pamantayang ito at maaaring makamit pa rin ang mataas na energy/power density ng supercapacitor para sa pangmatagalang operasyon.

Kaya, isang koponan ng mga mananaliksik mula sa tatlong magkaibang institusyon ang nagsama-sama upang magpakilala ng bagong electrolyte additive, na binubuo ng isang conjugated biopolymer ng gum kondagogu o sodium alginate (KS). Ang tree gum na ito ay hindi lamang malawak na magagamit kundi recyclable din.

Ang pagpapakilala ng tree gum ay lumikha ng proteksiyon na patong sa ibabaw ng electrode, na pumipigil sa pagbuo ng mga byproduct habang pinapayagan ang madaling paggalaw ng ion/electron. Kapansin-pansin, ang paggamit ng konseptong additive na ito sa sistema ng supercapacitor ay nagdudulot ng pinahusay na electrochemical reliability.

Sa kahit na maliit na konsentrasyon ng KS, hal. 5 mg ml-1, ang retention ng capacitance ay nag-improve ng hanggang 35% hanggang sa kamangha-manghang 93% para sa 30,000 cycles sa current density na 4.0 mA cm-2. Ito ay talagang “kapansin-pansin” lalo na’t gumagamit ng acidic H2SO4 electrolyte at carbon-based electrode.

Tinawag ng pag-aaral ito bilang “pinakamaagang ulat” tungkol sa makabuluhang pagpapabuti sa pangmatagalang operasyon ng supercapacitor sa pamamagitan ng pagpapakilala ng biopolymer conjugate electrolyte additive. Ang solusyong ito, dahil sa pagiging simple, mababang gastos, at pagiging kaibigan sa kapaligiran, ay may potensyal na ma-komersyalisa.

Ang Papel ng Tree Gum sa Mga Susunod na Henerasyon ng Supercapacitor

Ang mga mananaliksik mula sa mga Unibersidad sa Scotland, South Korea, at¹ India ang nagsagawa ng pananaliksik, na inilathala ngayong buwan sa Energy Storage Materials.

Kabilang dito ang University of Glasgow, Chung-Ang University, Ajou University, Amrita University, at Myongji University, na magkasamang nagdisenyo ng conjugated KS composite structure para sa isang napakataas na stable na supercapacitor na nag-aalok ng biocompatibility at mahusay na electrochemical reliability.

Ang waste gum na ginagamit dito ay gawa ng mga puno sa India. Ang mga tree gum ay may malawak na gamit sa iba’t ibang industriya tulad ng pagkain, kosmetiko, at parmasya. Gayunpaman, ang partikular na gum na ito ay walang gaanong praktikal na gamit.

Sa katunayan, ang mga gum na ginamit ay “kaunting abala para sa pamahalaan ng India na itapon,” ayon sa corresponding author ng pag-aaral, si Dr. Jun Young Cheong ng James Watt School of Engineering ng University of Glasgow. Idinagdag niya:

“Sa pamamagitan ng pananaliksik na ito, nakahanap kami ng paraan upang lumikha ng isang tunay na makabuluhang bagay mula sa gum na ito, na gumagawa ng biodegradable, recyclable na biopolymer na nagbibigay ng kamangha-manghang performance at maaaring magpahaba nang malaki ng kapaki-pakinabang na buhay ng mga supercapacitor.”

Ang paggamit ng acidic na electrolytes ay nakakaapekto sa pangmatagalang performance ng mga supercapacitor. Sa pamamagitan ng pagdudulot ng hindi kanais-nais na side reactions sa kanilang metal electrodes, binabawasan nito ang kakayahan nilang magpanatili ng buong charge sa paglipas ng panahon.

Pagkatapos ay may problema sa pagpapalit, pag-recycle, at pagtatapon ng mga supercapacitor sa katapusan ng kanilang buhay. Ito ay nag-aambag sa mabilis na lumalaking problema ng electronic waste, na nagdudulot ng malalaking panganib sa kapaligiran at kalusugan.

Kaya, ginamit ng koponan ang gum kondagogu, isang polysaccharide (kompleks na biomolecule) na ginawa ng balat ng punong Cochlospermum Gossypium o Kondagogu gum (KO). Pinagsama ng mga mananaliksik ito sa sodium alginate upang makagawa ng sponge-like na biopolymer na tinawag na ‘KS’.

Ang pagdaragdag ng biopolymer na ito sa acidic electrolyte ay lumikha ng isang proteksiyon na patong sa carbon electrodes nito, na tumulong upang maiwasan ang pisikal na pagkasira ng mga electrode. Ang proteksyong ito ay ibinigay nang hindi naaapektuhan ang proseso ng paggalaw ng ion, na nagpapahintulot sa supercapacitor na mag-charge at mag-discharge.

Ang pinahusay na electrolyte ay lubos na nagpaangat sa performance ng supercapacitor.

“Sa laboratoryo, ipinakita namin ang mahusay na performance sa loob ng 30,000 cycles. Kung magpapatakbo kami ng isang cycle kada araw, teoretikal na maaaring tumagal ang supercapacitor ng higit sa 80 taon nang hindi nawawalan ng makabuluhang performance, na maaaring magpahiwatig na ang mga supercapacitor ay maaaring magamit sa mga aparato nang mas matagal nang hindi kailangang palitan.”

– Dr. Cheong

Ang pananaliksik ay talagang nakabatay sa patuloy na pananaliksik ni Dr. Cheong tungkol sa paggamit ng bio-waste sa mga baterya. Ipinakita rin ng kanyang pananaliksik ang pagiging epektibo ng paggamit ng gum binders, na natutunaw sa tubig, sa graphite anodes sa Li-ion batteries.

Ang pananaliksik na “water-soluble biowaste gum binders for natural graphite anode for lithium-ion batteries” ay inilathala noong nakaraang tag-init, na nagtalakay sa pagpapalit ng tradisyonal na polyvinylidene fluoride (PVdF), na gumagamit ng nakakasirang N-Methyl-2-pyrrolidone, ng isang water-soluble binder.

Inilarawan ng pag-aaral ang paggawa ng natural graphite-based anodes gamit ang PVdF at water-soluble biowaste (W-SB) binders mula sa gum ng punong Cochlospermum gossypium. Pareho sa mga ito ay gumamit ng 10 wt% na binder.

Ang NG-W-SB electrode ay nagpakita ng magagandang mechanical properties at nagpapanatili ng structural integrity pagkatapos ng cycling, na nagtataguyod ng mababang charge transfer resistance sa electrode. Ipinakita rin nito ang mataas na current peaks sa unang cycle, na nagpapahiwatig ng pinahusay na electrochemical performance, hindi tulad ng bahagyang mababang peaks ng NG-PVdF electrode, na nagkaroon pa ng capacity degradation pagkatapos lamang ng 200 cycles. Samantala, ang NG-W-SB ay may mas mataas na stable capacity retention na umabot hanggang 360 cycles.

“Sa pangkalahatan, ang mga W-SB binder ay nagpakita ng lubos na pinahusay na cycling retention characteristics, katumbas na rate capabilities, at mas mababang electrode resistance, na nagbukas ng bagong daan para sa pag-aampon ng biowaste (gum) bilang functional water-soluble binder para sa mga aplikasyon ng LIBs,” ayon sa pag-aaral.

Isa pang pananaliksik ni Dr. Cheong ay “Organic material-derived activated carbon for eco-friendly mulberry paper supercapacitor,” kung saan ang activated carbon (AC) ay inihanda gamit ang orange peel (OP), isang karaniwang basura, na pagkatapos ay nilagyan ng coating sa mulberry paper (MP), na nagpapakita ng hydrophilicity, mataas na holocellulose content, at matibay na bonding sa active material. Ang isa pang coating ng poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) ay ginamit upang gumawa ng dual-coated MP para sa supercapacitor dito.

Iba pang Pag-unlad sa Espasyo ng Supercapacitors

Plasma Treatment para Mapabuti ang Capacitance

Sa unang bahagi ng buwang ito, inilunsad ng mga siyentipiko sa Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) ng Russia ang isang plasma treatment na maaaring doblehin ang kapasidad ng mga supercapacitor.

Ayon sa principal investigator ng pag-aaral, Assistant Professor Stanislav Evlashin, ang koponan ay nag-iimbestiga ng mga paraan upang mapabuti ang performance ng mga supercapacitor “sa pamamagitan ng pag-tweak sa carbon-based material na ginagamit sa kanilang mga electrode.”

May dalawang paraan upang dagdagan ang dami ng enerhiya na iniimbak ng isang supercapacitor, ipinaliwanag ni Evlashin:

“Alinman ay palawakin mo ang epektibong surface area ng mga electrode sa pamamagitan ng masalimuot na disenyo ng ibabaw o magpasok ka ng mga banyagang atom sa carbon material ng mga electrode.”

Ang kanilang pag-aaral ay nakatuon sa epekto ng pagpapakilala ng mga banyagang atom sa carbon material ng mga electrode ng supercapacitor sa pamamagitan ng plasma treatment.

Sinubukan ng koponan ang epekto ng plasma na may anim na iba’t ibang chemical compositions sa capacitance ng carbon nanowalls, ngunit tanging ang plasma na binubuo ng nitrogen at argon mixture ang nagpakita ng makabuluhang pagbuti.

“Natuklasan namin na ang una mangyayari ay ang pag-alis ng amorphous carbon na natitira matapos ang paglago ng carbon nanowall structures. Sinusundan ito ng pagbuo ng mga bagong defect at pag-incorporate ng heteroatoms sa carbon material structure. Ang amorphous carbon, kasama ang heteroatoms ng nitrogen, ay nag-aambag sa paglitaw ng pseudocapacitance.”

– Evlashin

Pagpapaunlad ng Performance sa Pamamagitan ng Electrode at Material Engineering

Sa linggong ito, ang mga mananaliksik mula sa University of California engineered electro-crystallization orientation⁴ pati na rin ng surface activation sa ilalim ng wide-temperature ZHSCs o zinc ion supercapacitors.

Ayon sa pag-aaral, ang pag-match ng kapasidad ng anode at cathode ay kinakailangan upang mapamaximize ang performance ng electrochemical cell. Dahil dito, nagpakita sila ng dalawang paraan upang pantayin ang paggamit ng mga electrode sa ZHSCs.

Kabilang dito ang pag-minimize ng pagbuo ng dendrite, na nagpapataas ng cycle life, sa pamamagitan ng pag-modify ng anode current collector gamit ang copper nanoparticles. Ang isa pang estratehiya ay ang pagtaas ng kapasidad ng activated carbon cathode sa pamamagitan ng electrolyte reaction.

Ang buong selula ay nagpapanatili ng 84% ng kapasidad nito kahit pagkatapos ng 50,000 full charge-discharge cycles hanggang 2 V. Ang kabuuang kapasidad nito, sa kabilang banda, ay 19.8 Ah cm−2, na lagpas sa ZHSCs, kaya’t sinasabing ang disenyo ng aparatong ito ay “promising para sa high-endurance applications, kabilang ang uninterruptible power supplies at energy-harvesting systems na nangangailangan ng madalas na cycling.”

Samantala, isang pag-aaral mula noong nakaraang buwan ay nagrekomenda ng pag-modify ng anionic structure ng lithium cobalt oxide upang mapabuti ang energy density at kakayahan sa pag-imbak ng charge ng mga supercapacitor.

Para dito, ang lithium cobalt oxide ay binago sa LiCoO1.6(F0.8Cl0.2)0.4, na nagpakita ng kahanga-hangang performance characteristics, kabilang ang capacitance na 512 F g−1 at coulombic efficiency na higit sa 92% pagkatapos ng 4000 cycles sa current density na 2 A g−1. Ang electrochemical stability ng binagong materyal sa mataas na current rates, pati na rin ang mababang equivalent series resistance, ayon sa pag-aaral, ay “nagpapatunay na ito ay isang mahalagang kandidato para sa mga susunod na pag-unlad sa teknolohiya ng supercapacitor.”

Plastic Supercapacitors para sa Mas Maraming Energy Storage

Ang mga mananaliksik ay gumagamit pa nga ng plastik upang mapabuti ang mga supercapacitor. Ang mga kimiko mula sa UCLA ay nag-develop ng textured, fur-like na PEDOT nanofibers na may mas malaking surface area para mag-imbak ng charge at mas mahusay na electrical conductivity.

Ang PEDOT o poly(3,4-ethylenedioxythiophene) ay isang transparent at flexible na film na inilalapat sa mga ibabaw ng electronic components at photographic films upang protektahan ang mga ito mula sa static electricity. Ang potensyal nito para sa energy storage ay medyo limitado dahil ang mga materyal na PEDOT ay wala ang kinakailangang electrical conductivity at surface area para maglaman ng malaking dami ng enerhiya.

Gayunpaman, sa pamamagitan ng isang makabagong paraan, kontrolado ng mga kimiko ang morphology ng PEDOT upang eksaktong lumago ang mga nanofibers. Ang vapor-phase growth process ay lumikha ng vertical na PEDOT nanofibers na mukhang masikip na damo na tumutubo pataas.

“Ang natatanging vertical growth ng materyal ay nagpapahintulot sa amin na lumikha ng mga PEDOT electrode na nag-iimbak ng mas maraming enerhiya kaysa sa tradisyonal na PEDOT.”

– Ang corresponding author, UCLA materials scientist Maher El-Kady

Pagkatapos, gumawa ang koponan ng isang supercapacitor gamit ang mga PEDOT structure na nag-imbak ng halos sampung beses na mas maraming charge kaysa sa karaniwang PEDOT at tumagal ng halos 100,000 charging cycles.

Ayon sa corresponding author, Richard Kaner, na isang professor ng chemistry, pati na rin ng materials science and engineering:

“Ang natatanging performance at tibay ng aming mga electrode ay nagpapakita ng malaking potensyal para sa paggamit ng graphene PEDOT sa mga supercapacitor na makakatulong sa ating lipunan na matugunan ang pangangailangan sa enerhiya.”

I-click dito upang matutunan ang lahat tungkol sa self-charging supercapacitors.

Pagdaragdag ng Supercapacitors sa mga Baterya upang Pabilisin ang Pag-charge

Sa gitna ng lahat ng pananaliksik na ito, pati ang German automaker na BMW ay nag-file ng patent para sa isang supercapacitor na magcha-charge ng hybrid race cars sa loob ng isang minuto.

Ang kumpanya ay nag-iimbestiga sa potensyal ng pagdaragdag ng motorsport-specific na supercapacitor sa mga baterya upang malaki ang mabawasan ang oras ng pag-charge. Ayon sa aplikasyon, ang pagsasama ng isang hybrid supercar na may kapasidad na higit sa 20kWh sa isang umiiral na battery-based system ay makakatulong na malampasan ang ilang pangunahing kahinaan ng parehong sistema.

Tinatantiya ng BMW na “para sa isang customer na nais magmaneho ng sasakyan sa racetrack, ito ay maaaring magbigay ng pagkakataon na magmaneho nang tuloy-tuloy sa pisikal na limitasyon na may maikling pagputol.”

Samantala, ang kakumpitensya nito, ang Volkswagen Group, ay gumagamit na ng supercapacitor sa Lamborghini Sian. Ang supercapacitor ay nag-iimbak ng electrical energy, na pagkatapos ay pinapadaloy sa electric motor. Ang Sian ay may 25kW na motor na naka-embed sa gearbox upang magbigay ng e-boost sa 577kW 6.5-litre V12 o paganahin ito nang ganap sa kuryente sa panahon ng mababang bilis na pagmamaneho.

Mga Inobatibong Kumpanya sa Larangan

Ang laki ng global na merkado ng supercapacitor ay nasa bilyong dolyar, na pinapagana ng tumataas na pangangailangan para sa sustainable at energy-efficient na solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya. Dahil dito, maraming kumpanya, tulad ng Panasonic Corporation at Skeleton Technologies, ang nagtatrabaho upang mapabuti ang teknolohiya.

Isang kilalang pangalan sa larangang ito ay ang AVX Corporation, na nakuha ng Japanese electronics manufacturer na Kyocera Corporation noong 2020 kung saan tumigil ang kalakalan ng AVX common stock sa NYSE. Ang mga stock ng Kyocera, sa kabilang banda, ay nakakalakal sa OTC market (KYOCF:OTCPK) sa $10.70, na naglalagay ng market cap nito sa $15.85 bilyon. Nagbabayad ito ng dividend yield na 3.12%.

Ang KEMET Corporation ay kilala rin sa pag-aalok ng malawak na hanay ng supercapacitors na may mataas na performance capabilities na maaaring magamit bilang secondary batteries kapag inilapat sa DC circuit. Ayon sa opisyal nitong website, ang mga device ay pinakamainam para sa paggamit sa low-voltage, DC hold-up applications. Orihinal na isang US company na nag-IPO sa NYSE noong 1990, ang KEMET ay nakuha ng Taiwanese company na Yageo Corporation noong 2020.

Ang Maxwell Technologies ay isa pang kilalang tagagawa ng ultracapacitors. Nakuha ito ng Tesla (TSLA ) noong 2019, ngunit ibinenta ito sa UCAP Power noong 2021. Sa kabila ng pagbebenta ng Maxwell, ang EV at battery manufacturer na may $817.34 bilyong market cap ay pinanatili ang proseso ng paggawa ng dry electrode, na batay sa teknolohiya ng capacitor nito. Ang mga shares ng TSLA ay kasalukuyang bumaba ng higit sa 37% YTD habang nagte-trade sa $248.80.

Mayroon naman ang Australia-based na CAP-XX, na gumagawa ng manipis, prismatic na supercapacitors para sa paggamit sa consumer handheld devices, commercial at industrial electronics, at clean energy applications. Nakalista ito sa London Stock Exchange AIM market.

Ang mga supercapacitor ng CAP-XX ay nagtataglay ng mataas na energy density, mataas na cell voltage, at napakababang leakage current. Sa tulong ng mga supercapacitor nito, ang mga tagagawa ay maaaring bawasan ang laki, bigat, at gastos ng baterya, ang bilang at gastos ng mga komponenteng kasangkot, at ang kanilang epekto sa kapaligiran.

Konklusyon

Habang ang mga baterya ay nasa spotlight, ang mga supercapacitor ay unti-unting kumukuha ng atensyon dahil nagiging isa sa mga pinakamahalagang bahagi ng pandaigdigang energy ecosystem. Sa huli, maaari silang magbigay ng mataas na kahusayan, mahabang cycle life, at agarang paghahatid ng kapangyarihan.

Sa kasalukuyan, ang mga supercapacitor ay komplementaryo sa sektor ng energy storage para sa mga aplikasyon tulad ng consumer electronics, renewable energy smoothing, hybrid EVs, at backup power, na nangangailangan ng mabilis na charge-discharge cycles at mahabang operational life.

Kaya, ang mas malawak na pag-aampon ng mga supercapacitor ay nananatiling limitado ng gastos, materyales, at mga alalahanin sa kapaligiran. Gayunpaman, mga pamamaraan tulad ng tree gum-based biopolymers ay tinatugunan ang mga hamong ito, na nagbubukas ng isang magagarang kinabukasan para sa mga supercapacitor. Bagaman, aabutin ng panahon ang komersyalisasyon, ngunit kapag ito ay umunlad, maaaring maging mainstream ang mga supercapacitor at gumanap ng mahalagang papel sa mga sustainable energy system.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang stock ng baterya.

Mga Sanggunian na Pag-aaral:

1. ​Lee, S., Park, J. Y., Yoon, H., Park, J., Lee, J., Hwang, B., Padil, V. V. T., Cheong, J. Y., & Yun, T. G. (2025). Long-lasting supercapacitor with stable electrode-electrolyte interface enabled by a biopolymer conjugate electrolyte additive. Energy Storage Materials, 67, 104195. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104195

2. Chang, J. H., Pin, M. W., Msalilwa, L. R., Shin, S. H., Han, C., Yu, H., Chandio, Z. A., Padil, V. V. T., Kim, Y., & Cheong, J. Y. (2024). Water-soluble biowaste gum binders for natural graphite anode for lithium-ion batteries. Journal of Electroanalytical Chemistry, 967, 118467. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2024.118467

3. Han, Y., Yoon, H., Cheong, J. Y., & Hwang, B. (2025). Organic material-derived activated carbon for ecofriendly mulberry paper supercapacitor. International Journal of Energy Research, 2025, 8791702. https://doi.org/10.1155/er/8791702

4. Yao, L., Koripally, N., Shin, C., et al. (2025). Engineering electro-crystallization orientation and surface activation in wide-temperature zinc ion supercapacitors. Nature Communications, 16, 3597. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58857-5

5. Hashemzadeh, S. M., Khorshidi, A., & Arvand, M. (2025). Anion engineering in lithium cobalt oxide for application in high-performance supercapacitors. Scientific Reports, 15, 10064. https://doi.org/10.1038/s41598-025-95338-7