K ukládání energie se obvykle používají baterie a akumulátory, které poskytují energii elektronickým zařízením.
Na rozdíl od baterií se mohou rychle akumulovatvelké množství energie a vybijte ji stejně rychle. Pokud například vlak při vstupu do stanice zpomalí, superkondenzátory energii uskladní a poskytnou ji znovu, když vlak potřebuje hodně energie ke spuštění.
Dnes však jeden z problémůsuperkondenzátorů byla jejich nedostatečná hustota energie. Zatímco lithiové baterie dosahují hustoty energie až 265 kWh na kilogram, superkondenzátory zatím dodávají jen desetinu této úrovně.
Tým vědců pracujících s profesoremanorganická a organokovová chemie na Technické univerzitě v Mnichově (TUM) vyvinula nový, výkonný a udržitelný hybridní grafenový materiál pro superkondenzátory. Slouží jako kladná elektroda v zařízení pro ukládání energie. Vědci to kombinují s osvědčenou zápornou elektrodou titan-uhlík.
Nové zařízení pro ukládání energie nejenposkytuje hustotu energie až 73 kWh / kg, což je zhruba ekvivalentní hustotě energie nikl-metal hydridové baterie. Jak již bylo řečeno, nové zařízení má při hustotě výkonu 16 kWh / kg mnohem lepší výkon než většina ostatních superkondenzátorů. Tajemství nového superkondenzátoru spočívá v kombinaci různých materiálů, proto chemici nazývají superkondenzátor „asymetrický“.
Při vytváření nového zařízení se vědci spoléhali na novou strategii, jak překonat výkonnostní limity standardních materiálů a používat hybridní materiály.
Abstraktní představa o kombinaci základních materiálůbyl přesunut do superkondenzátorů. Použili novou kladnou skladovací elektrodu s chemicky upraveným grafenem jako základnu a zkombinovali ji s nanostrukturovanou organokovovou strukturou, takzvaným MOF.
Rozhodující pro vlastnosti grafenových hybridů jsou na jedné straně velký specifický povrch a řízená velikost pórů a na druhé straně vysoká elektrická vodivost.
Pro dobré superkondenzátory velképovrch. To umožňuje, aby se v materiálu shromáždilo odpovídající množství nosičů náboje – to je základní princip ukládání elektrické energie. Díky chytrému designu materiálů byli vědci schopni vázat kyselinu grafenovou na MOF. Výsledné hybridní MOF mají velmi velký vnitřní povrch až 900 metrů čtverečních na gram a jsou velmi účinné jako kladné elektrody v superkondenzátoru.
Stabilní spojení mezinanostrukturované komponenty mají obrovské výhody, pokud jde o dlouhodobou stabilitu: čím stabilnější je spojení, tím více cyklů nabíjení a vybíjení je možné bez podstatného snížení výkonu.
Pro srovnání: klasická lithiová baterie má životnost přibližně 5 000 cyklů. Nová buňka vyvinutá vědci TUM si zachovává téměř 90% kapacity i po 10 000 cyklech.
Přečtěte si více
Podívejte se, jak se objevil měsíc. Starověká planeta narazila do Země
Archeologové našli starověký pohřeb na Krymu. Byl tam „lístek“ do posmrtného života
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí