일반적으로 배터리와 축전지는 에너지를 저장하는 데 사용되며, 이는 전자 장치에 에너지를 제공합니다.
배터리와 달리 빠르게 축적 될 수 있습니다.많은 양의 에너지를 공급하고 빠르게 방출합니다. 예를 들어, 기차가 역에 들어갈 때 속도가 느려지면 슈퍼 커패시터는 에너지를 저장하고 기차가 시작하는 데 많은 에너지가 빠르게 필요할 때 다시 제공합니다.
그런데 오늘 문제 중 하나가슈퍼커패시터는 에너지 밀도가 부족했습니다. 리튬 배터리는 킬로그램당 최대 265kWh의 에너지 밀도를 달성하는 반면, 슈퍼커패시터는 지금까지 그 수준의 10분의 1에 불과합니다.
교수와 함께 일하는 과학자 팀뮌헨 공과 대학 (TUM)의 무기 및 유기 금속 화학은 슈퍼 커패시터를위한 새롭고 강력하며 지속 가능한 하이브리드 그래 핀 재료를 개발했습니다. 에너지 저장 장치에서 양극 역할을합니다. 연구진은이를 입증 된 티타늄-탄소 음극과 결합하고 있습니다.
새로운 에너지 저장 장치뿐만 아니라최대 73kWh / kg의 에너지 밀도를 제공하며 이는 니켈-금속 수 소화물 배터리의 에너지 밀도와 거의 동일합니다. 즉, 새로운 장치는 16kWh / kg의 전력 밀도에서 대부분의 다른 슈퍼 커패시터보다 훨씬 더 우수한 성능을 발휘합니다. 새로운 슈퍼 커패시터의 비밀은 서로 다른 재료의 조합에 있습니다. 이것이 화학자들이 슈퍼 커패시터를 "비대칭"이라고 부르는 이유입니다.
새로운 장치를 만들기 위해 연구원들은 표준 재료의 성능 한계를 극복하고 하이브리드 재료를 사용하는 새로운 전략에 의존했습니다.
기본 재료 결합의 추상 아이디어슈퍼 커패시터로 옮겨졌습니다. 그들은 화학적으로 변형 된 그래 핀을베이스로하는 새로운 양극 저장 전극을 사용하고이를 소위 MOF라고하는 나노 구조 유기 금속 프레임 워크와 결합했습니다.
그래핀 하이브리드의 특성을 결정짓는 것은 큰 비표면적과 제어된 기공 크기, 그리고 높은 전기 전도성입니다.
좋은 슈퍼커패시터의 경우,표면. 이를 통해 상응하는 많은 수의 전하 캐리어가 물질에 수집될 수 있습니다. 이것이 전기 에너지를 저장하는 기본 원리입니다. 영리한 재료 설계 덕분에 연구원들은 그래핀 산을 MOF에 결합할 수 있었습니다. 그 결과 하이브리드 MOF는 그램당 최대 900제곱미터에 달하는 매우 큰 내부 표면적을 가지며 슈퍼커패시터의 양극으로 매우 효과적입니다.
안정적인 연결나노 구조 부품은 장기적인 안정성 측면에서 엄청난 이점을 가지고 있습니다. 연결이 더 안정적 일수록 성능을 크게 저하시키지 않고 더 많은 충전 및 방전주기가 가능합니다.
비교를 위해 : 클래식 리튬 배터리의 수명은 약 5000 회입니다. TUM 연구원이 개발 한이 새로운 셀은 10,000 회주기 후에도 거의 90 % 용량을 유지합니다.
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