In genere, batterie e accumulatori vengono utilizzati per immagazzinare energia, che fornisce energia ai dispositivi elettronici.
A differenza delle batterie, possono accumularsi rapidamenteuna grande quantità di energia e scaricarla altrettanto rapidamente. Se, ad esempio, un treno rallenta quando entra in una stazione, i supercondensatori immagazzinano energia e la forniscono di nuovo quando il treno ha rapidamente bisogno di molta energia per partire.
Tuttavia, oggi uno dei problemisupercondensatori era la loro mancanza di densità energetica. Mentre le batterie al litio raggiungono densità di energia fino a 265 kWh per chilogrammo, i supercondensatori finora forniscono solo un decimo di quel livello.
Un team di scienziati che lavorano con un professorechimica inorganica e organometallica presso l'Università Tecnica di Monaco (TUM), ha sviluppato un nuovo materiale di grafene ibrido, potente e sostenibile per i supercondensatori. Serve come elettrodo positivo in un dispositivo di accumulo di energia. I ricercatori lo stanno combinando con un collaudato elettrodo di titanio e carbonio negativo.
Nuovo dispositivo di accumulo di energia non solofornisce una densità di energia fino a 73 kWh / kg, che è più o meno equivalente alla densità di energia di una batteria al nichel-metallo idruro. Detto questo, il nuovo dispositivo funziona molto meglio della maggior parte degli altri supercondensatori, con una densità di potenza di 16 kWh / kg. Il segreto del nuovo supercondensatore sta nella combinazione di materiali diversi, motivo per cui i chimici chiamano il supercondensatore “asimmetrico”.
Per creare il nuovo dispositivo, i ricercatori si sono affidati a una nuova strategia per superare i limiti delle prestazioni dei materiali standard e utilizzare materiali ibridi.
Idea astratta di combinare materiali di baseè stato spostato sui supercondensatori. Hanno usato un nuovo elettrodo di conservazione positivo con grafene modificato chimicamente come base e lo hanno combinato con una struttura organometallica nanostrutturata, il cosiddetto MOF.
Decisivi per le caratteristiche degli ibridi di grafene sono, da un lato, un'ampia superficie specifica e dimensioni dei pori controllate e, dall'altro, un'elevata conduttività elettrica.
Per buoni supercondensatori, grandisuperficie. Ciò consente di raccogliere nel materiale un numero corrispondentemente elevato di portatori di carica: questo è il principio base dell'immagazzinamento di energia elettrica. Grazie alla progettazione intelligente dei materiali, i ricercatori sono stati in grado di legare l’acido del grafene a un MOF. I MOF ibridi risultanti hanno una superficie interna molto ampia fino a 900 metri quadrati per grammo e sono molto efficaci come elettrodi positivi in un supercondensatore.
Collegamento stabile trai componenti nanostrutturati hanno enormi vantaggi in termini di stabilità a lungo termine: più stabili sono i legami, più cicli di carica e scarica sono possibili senza degradare significativamente le prestazioni.
Per fare un confronto: una classica batteria al litio ha una durata di circa 5000 cicli. La nuova cella, sviluppata dai ricercatori TUM, mantiene quasi il 90% della capacità anche dopo 10.000 cicli.
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