Normalmente, para almacenar energía se utilizan pilas y acumuladores, que proporcionan energía a los dispositivos electrónicos.
A diferencia de las baterías, se pueden acumular rápidamenteuna gran cantidad de energía y descargarla con la misma rapidez. Si, por ejemplo, un tren se ralentiza al entrar en una estación, los supercondensadores almacenan energía y la proporcionan de nuevo cuando el tren necesita rápidamente mucha energía para arrancar.
Sin embargo, hoy uno de los problemasLos supercondensadores fue su falta de densidad de energía. Mientras que las baterías de litio alcanzan densidades de energía de hasta 265 kWh por kilogramo, los supercondensadores hasta ahora sólo proporcionan una décima parte de ese nivel.
Un equipo de científicos que trabaja con un profesor.La química inorgánica y organometálica de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha desarrollado un nuevo, potente y sostenible material de grafeno híbrido para supercondensadores. Sirve como electrodo positivo en un dispositivo de almacenamiento de energía. Los investigadores lo están combinando con un electrodo negativo de carbono-titanio probado.
Nuevo dispositivo de almacenamiento de energía no soloproporciona una densidad de energía de hasta 73 kWh / kg, que es aproximadamente equivalente a la densidad de energía de una batería de níquel-hidruro metálico. Dicho esto, el nuevo dispositivo funciona mucho mejor que la mayoría de los otros supercondensadores con una densidad de potencia de 16 kWh / kg. El secreto del nuevo supercondensador radica en la combinación de diferentes materiales, por lo que los químicos llaman al supercondensador “asimétrico”.
Para crear el nuevo dispositivo, los investigadores se basaron en una nueva estrategia para superar los límites de rendimiento de los materiales estándar y utilizar materiales híbridos.
Idea abstracta de combinar materiales básicosse trasladó a supercondensadores. Utilizaron un nuevo electrodo de almacenamiento positivo con grafeno modificado químicamente como base y lo combinaron con un marco organometálico nanoestructurado, el llamado MOF.
Para las características de los híbridos de grafeno son decisivos, por un lado, una gran superficie específica y tamaños de poro controlados y, por otro, una alta conductividad eléctrica.
Para buenos supercondensadores, grandessuperficie. Esto permite recoger en el material un número correspondientemente grande de portadores de carga; este es el principio básico del almacenamiento de energía eléctrica. Gracias a un diseño inteligente de materiales, los investigadores pudieron unir el ácido grafeno a un MOF. Los MOF híbridos resultantes tienen una superficie interna muy grande, de hasta 900 metros cuadrados por gramo, y son muy eficaces como electrodos positivos en un supercondensador.
Conexión estable entreLos componentes nanoestructurados tienen enormes ventajas en términos de estabilidad a largo plazo: cuanto más estable es la conexión, más ciclos de carga y descarga son posibles sin degradar significativamente el rendimiento.
A modo de comparación: una batería de litio clásica tiene una vida útil de aproximadamente 5000 ciclos. La nueva celda, desarrollada por los investigadores de TUM, conserva casi el 90% de su capacidad incluso después de 10,000 ciclos.
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