Обикновено за съхраняване на енергия се използват батерии и акумулатори, които осигуряват енергия на електронните устройства.
За разлика от батериите, те могат бързо да се натрупватголямо количество енергия и я разтоварвайте също толкова бързо. Ако например влакът се забави при влизане в гарата, суперкондензаторите съхраняват енергия и я предоставят отново, когато влакът бързо се нуждае от много енергия за стартиране.
Въпреки това, днес един от проблемитесуперкондензаторите беше липсата им на енергийна плътност. Докато литиевите батерии постигат енергийна плътност до 265 kWh на килограм, суперкондензаторите досега доставят само една десета от това ниво.
Екип от учени, работещи с професорнеорганична и органометална химия в Техническия университет в Мюнхен (TUM), разработи нов, мощен и устойчив хибриден графенов материал за суперкондензатори. Той служи като положителен електрод в устройство за съхранение на енергия. Изследователите го комбинират с доказан титанов и въглероден отрицателен електрод.
Ново устройство за съхранение на енергия не самоосигурява енергийна плътност до 73 kWh / kg, което е приблизително еквивалентно на енергийната плътност на никел-метални хидридни батерии. Като се има предвид това, новото устройство се представя много по-добре от повечето други суперкондензатори при плътност на мощността от 16 kWh / kg. Тайната на новия суперкондензатор се крие в комбинацията от различни материали, поради което химиците наричат суперкондензатора „асиметричен“.
За да създадат новото устройство, изследователите разчитат на нова стратегия за преодоляване на границите на производителността на стандартните материали и използването на хибридни материали.
Абстрактна идея за комбиниране на основни материалие преместен в суперкондензатори. Те използваха нов положителен електрод за съхранение с химически модифициран графен като основа и го комбинираха с наноструктурирана органометална рамка, така наречената MOF.
Решаващи за характеристиките на графеновите хибриди са, от една страна, голямата специфична повърхност и контролираните размери на порите, а от друга страна, високата електропроводимост.
За добри суперкондензатори, големиповърхност. Това позволява съответно голям брой носители на заряд да бъдат събрани в материала - това е основният принцип за съхраняване на електрическа енергия. Благодарение на интелигентния дизайн на материалите, изследователите успяха да свържат графенова киселина с MOF. Получените хибридни MOF имат много голяма вътрешна повърхност до 900 квадратни метра на грам и са много ефективни като положителни електроди в суперкондензатор.
Стабилна връзка междунаноструктурираните компоненти имат огромни предимства по отношение на дългосрочната стабилност: колкото по-стабилна е връзката, толкова повече цикли на зареждане и разреждане са възможни без значително влошаване на производителността.
За сравнение: класическата литиева батерия има експлоатационен живот от около 5000 цикъла. Новата клетка, разработена от изследователите на TUM, запазва близо 90% капацитет дори след 10 000 цикъла.
Прочетете още
Вижте как се появи луната. Древна планета се разби в Земята
Археолозите са открили древно погребение в Крим. Имаше „билет“ за отвъдното
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат