Habituellement, les piles et les accumulateurs sont utilisés pour le stockage de l’énergie, ce qui fournitÉnergie électronique
Contrairement aux piles, elles peuvent s'accumuler rapidementune grande quantité d'énergie et la décharger tout aussi rapidement. Si, par exemple, un train ralentit en entrant dans une gare, les supercondensateurs stockent de l'énergie et la fournissent à nouveau lorsque le train a rapidement besoin de beaucoup d'énergie pour démarrer.
Cependant, jusqu’à présent, l’un des problèmes des supercondensateurs a été leur manque de densité énergétique.Alors que les batteries au lithium atteignent des densités énergétiques allant jusqu’à 265 kWh par kilogramme, les supercondensateurs fournissent toujoursseulement un dixième de ce niveau.
Une équipe de scientifiques travaillant avec un professeurchimie inorganique et organométallique à l'Université technique de Munich (TUM), a développé un nouveau matériau de graphène hybride puissant et durable pour les supercondensateurs. Il sert d'électrode positive dans un dispositif de stockage d'énergie. Les chercheurs le combinent avec une électrode négative titane-carbone éprouvée.
Nouveau dispositif de stockage d'énergie non seulementfournit une densité d'énergie allant jusqu'à 73 kWh / kg, ce qui équivaut à peu près à la densité d'énergie d'une batterie nickel-hydrure métallique. Cela étant dit, le nouvel appareil fonctionne bien mieux que la plupart des autres supercondensateurs à une densité de puissance de 16 kWh / kg. Le secret du nouveau supercondensateur réside dans la combinaison de différents matériaux, c'est pourquoi les chimistes appellent le supercondensateur «asymétrique».
Pour créer le nouvel appareil, les chercheurs se sont appuyés sur une nouvelle stratégie pour dépasser les limites de performance des matériaux standards et utiliser des matériaux hybrides.
Idée abstraite de combiner des matériaux de basea été déplacé vers les supercondensateurs. Ils ont utilisé une nouvelle électrode de stockage positive avec du graphène chimiquement modifié comme base et l'ont combinée avec un cadre organométallique nanostructuré, le soi-disant MOF.
Les caractéristiques décisives des hybrides de graphène sont, d'une part, une grande surface spécifique et des tailles de pores contrôlées, et d'autre part, une conductivité électrique élevée.
Pour de bons supercondensateurs, de grande taillesurface. Cela permet de collecter un nombre proportionnellement élevé de porteurs de charge dans le matériau : c'est le principe de base du stockage de l'énergie électrique. Grâce à une conception intelligente des matériaux, les chercheurs ont pu lier l'acide graphène à un MOF. Les MOF hybrides résultants ont une très grande surface interne pouvant atteindre 900 mètres carrés par gramme et sont très efficaces comme électrodes positives dans un supercondensateur.
Connexion stable entreLes composants nanostructurés présentent d'énormes avantages en termes de stabilité à long terme: plus les liaisons sont stables, plus les cycles de charge et de décharge sont possibles sans dégrader significativement les performances.
A titre de comparaison: une batterie au lithium classique a une durée de vie d'environ 5000 cycles. La nouvelle cellule, développée par les chercheurs de TUM, conserve près de 90% de capacité même après 10 000 cycles.
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