عادة، يتم استخدام البطاريات والمراكم لتخزين الطاقة، والتي توفر الطاقة للأجهزة الإلكترونية.
على عكس البطاريات ، يمكن أن تتراكم بسرعةكمية كبيرة من الطاقة وتفريغها بنفس السرعة. على سبيل المثال ، إذا تباطأ القطار عند دخوله إلى المحطة ، فإن المكثفات الفائقة تخزن الطاقة وتعيدها مرة أخرى عندما يحتاج القطار سريعًا إلى الكثير من الطاقة للبدء.
ومع ذلك، اليوم واحدة من المشاكلكانت المكثفات الفائقة هي افتقارها إلى كثافة الطاقة. في حين أن بطاريات الليثيوم تحقق كثافة طاقة تصل إلى 265 كيلووات في الساعة لكل كيلوغرام، فإن المكثفات الفائقة حتى الآن لا توفر سوى عُشر هذا المستوى.
فريق من العلماء يعمل مع أستاذطورت الكيمياء العضوية والفلزية في جامعة ميونخ التقنية (TUM) مادة جرافين هجينة جديدة وقوية ومستقرة للمكثفات الفائقة. إنه بمثابة قطب موجب في جهاز تخزين الطاقة. يقوم الباحثون بدمجه مع قطب كهربائي سالب من التيتانيوم والكربون.
جهاز تخزين الطاقة الجديد ليس فقطيوفر كثافة طاقة تصل إلى 73 كيلو وات / كجم ، وهو ما يعادل تقريبًا كثافة الطاقة لبطارية هيدريد معدن النيكل. ومع ذلك ، فإن الجهاز الجديد يعمل بشكل أفضل بكثير من معظم المكثفات الفائقة الأخرى بكثافة طاقة تبلغ 16 كيلو واط / كجم. يكمن سر المكثف الفائق الجديد في توليفة من مواد مختلفة ، ولهذا السبب يطلق الكيميائيون على المكثف الفائق "غير متماثل".
لإنشاء الجهاز الجديد ، اعتمد الباحثون على استراتيجية جديدة للتغلب على حدود الأداء للمواد القياسية واستخدام المواد الهجينة.
فكرة مجردة عن الجمع بين المواد الأساسيةتم نقله إلى المكثفات الفائقة. استخدموا قطب تخزين موجب جديد مع الجرافين المعدل كيميائيًا كقاعدة ودمجوها مع هيكل معدني عضوي نانوي البنية ، ما يسمى بـ MOF.
من العوامل الحاسمة في خصائص هجين الجرافين، من ناحية، مساحة سطح محددة كبيرة وأحجام مسام يمكن التحكم فيها، ومن ناحية أخرى، الموصلية الكهربائية العالية.
للمكثفات الفائقة الجيدة، كبيرةسطح. وهذا يسمح بتجميع عدد كبير من حاملات الشحنة في المادة، وهذا هو المبدأ الأساسي لتخزين الطاقة الكهربائية. بفضل التصميم الذكي للمواد، تمكن الباحثون من ربط حمض الجرافين بالإطار العضوي العضوي. تتمتع الأطر العضوية المعدنية الهجينة الناتجة بمساحة سطح داخلية كبيرة جدًا تصل إلى 900 متر مربع لكل جرام وهي فعالة جدًا كأقطاب كهربائية موجبة في مكثف فائق.
اتصال مستقر بينتتمتع المكونات ذات البنية النانوية بمزايا هائلة من حيث الاستقرار على المدى الطويل: فكلما زادت ثبات الاتصال ، زادت دورات الشحن والتفريغ الممكنة دون تدهور الأداء بشكل كبير.
للمقارنة: بطارية الليثيوم الكلاسيكية لها عمر خدمة يبلغ حوالي 5000 دورة. الخلية الجديدة ، التي طورها باحثو TUM ، تحتفظ بسعة 90٪ تقريبًا حتى بعد 10000 دورة.
قراءة المزيد
انظر كيف ظهر القمر. تحطم كوكب قديم في الأرض
وجد علماء الآثار مقبرة قديمة في شبه جزيرة القرم. كان هناك "تذكرة" إلى الآخرة
الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون