Συνήθως, οι μπαταρίες και οι συσσωρευτές χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας, οι οποίοι παρέχουν ενέργεια σε ηλεκτρονικές συσκευές.
Σε αντίθεση με τις μπαταρίες, μπορούν να συσσωρευτούν γρήγοραμια μεγάλη ποσότητα ενέργειας και την αποφορτίζετε εξίσου γρήγορα. Εάν, για παράδειγμα, μια αμαξοστοιχία επιβραδύνεται κατά την είσοδο σε έναν σταθμό, οι υπερσυμπιεστές αποθηκεύουν ενέργεια και την παρέχουν ξανά όταν το τρένο χρειάζεται γρήγορα πολλή ενέργεια για να ξεκινήσει.
Ωστόσο, σήμερα ένα από τα προβλήματαυπερπυκνωτές ήταν η έλλειψη ενεργειακής πυκνότητας. Ενώ οι μπαταρίες λιθίου επιτυγχάνουν ενεργειακές πυκνότητες έως και 265 kWh ανά κιλό, οι υπερπυκνωτές μέχρι στιγμής παρέχουν μόνο το ένα δέκατο αυτού του επιπέδου.
Μια ομάδα επιστημόνων που συνεργάζεται με έναν καθηγητήΗ ανόργανη και οργανομεταλλική χημεία στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM), έχει αναπτύξει ένα νέο, ισχυρό και βιώσιμο υβριδικό υλικό γραφενίου για υπεραισθητήρες. Χρησιμεύει ως θετικό ηλεκτρόδιο σε μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας. Οι ερευνητές το συνδυάζουν με αποδεδειγμένο ηλεκτρόδιο τιτανίου και άνθρακα.
Νέα συσκευή αποθήκευσης ενέργειας όχι μόνοπαρέχει ενεργειακή πυκνότητα έως 73 kWh / kg, η οποία είναι περίπου ισοδύναμη με την ενεργειακή πυκνότητα μιας μπαταρίας υδριδίου νικελίου-μετάλλου. Τούτου λεχθέντος, η νέα συσκευή αποδίδει πολύ καλύτερη από ό, τι οι περισσότεροι άλλοι υπερπυκνωτές με πυκνότητα ισχύος 16 kWh / kg. Το μυστικό του νέου supercapacitor βρίσκεται στον συνδυασμό διαφορετικών υλικών, γι 'αυτό οι χημικοί αποκαλούν τον supercapacitor «ασύμμετρο».
Για να δημιουργήσουν τη νέα συσκευή, οι ερευνητές βασίστηκαν σε μια νέα στρατηγική για να ξεπεράσουν τα όρια απόδοσης των τυπικών υλικών και να χρησιμοποιήσουν υβριδικά υλικά.
Αφηρημένη ιδέα συνδυασμού βασικών υλικώνμεταφέρθηκε σε υπεραισθητοποιητές. Χρησιμοποίησαν ένα νέο ηλεκτρόδιο θετικής αποθήκευσης με χημικά τροποποιημένο γραφένιο ως βάση και το συνδύασαν με ένα νανοδομημένο οργανομεταλλικό πλαίσιο, το λεγόμενο MOF.
Καθοριστικά για τα χαρακτηριστικά των υβριδίων γραφενίου είναι αφενός η μεγάλη ειδική επιφάνεια και τα ελεγχόμενα μεγέθη πόρων και αφετέρου η υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Για καλούς υπερπυκνωτές, μεγάλοιεπιφάνεια. Αυτό επιτρέπει τη συλλογή ενός αντίστοιχου μεγάλου αριθμού φορέων φορτίου στο υλικό - αυτή είναι η βασική αρχή αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Χάρη στον έξυπνο σχεδιασμό υλικών, οι ερευνητές μπόρεσαν να συνδέσουν το οξύ γραφενίου σε ένα MOF. Τα υβριδικά MOF που προκύπτουν έχουν πολύ μεγάλη εσωτερική επιφάνεια έως 900 τετραγωνικά μέτρα ανά γραμμάριο και είναι πολύ αποτελεσματικά ως θετικά ηλεκτρόδια σε έναν υπερπυκνωτή.
Σταθερή σύνδεση μεταξύΤα νανοδομημένα συστατικά έχουν τεράστια πλεονεκτήματα όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα: όσο πιο σταθεροί είναι οι δεσμοί, τόσο περισσότεροι είναι οι κύκλοι φόρτισης και εκφόρτισης χωρίς σημαντική υποβαθμιστική απόδοση.
Για σύγκριση: μια κλασική μπαταρία λιθίου έχει διάρκεια ζωής περίπου 5000 κύκλους. Το νέο κελί, που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές του TUM, διατηρεί σχεδόν 90% χωρητικότητα ακόμη και μετά από 10.000 κύκλους.
Διαβάστε περισσότερα
Δείτε πώς εμφανίστηκε το φεγγάρι. Ο αρχαίος πλανήτης συντρίβει στη Γη
Οι αρχαιολόγοι έχουν βρει μια αρχαία ταφή στην Κριμαία. Υπήρχε ένα «εισιτήριο» για τη μετά θάνατον ζωή
Άμβλωση και επιστήμη: τι θα συμβεί στα παιδιά που θα γεννήσουν