Parasti enerģijas uzkrāšanai izmanto baterijas un akumulatorus, kas nodrošina enerģiju elektroniskām ierīcēm.
Atšķirībā no baterijām tie var ātri uzkrātieslielu enerģijas daudzumu un to izlādē tikpat ātri. Ja, piemēram, vilciens, iebraucot stacijā, palēnina ātrumu, superkondensatori uzkrāj enerģiju un nodrošina to atkal, kad vilcienam ātri vajag daudz enerģijas, lai sāktu.
Tomēr šodien viena no problēmāmsuperkondensatori bija to enerģijas blīvuma trūkums. Lai gan litija baterijas sasniedz enerģijas blīvumu līdz 265 kWh uz kilogramu, superkondensatori līdz šim nodrošina tikai desmito daļu no šī līmeņa.
Zinātnieku komanda, kas strādā ar profesoruneorganiskā un metālorganiskā ķīmija Minhenes Tehniskajā universitātē (TUM) ir izstrādājusi jaunu, spēcīgu un ilgtspējīgu hibrīda grafēna materiālu superkondensatoriem. Tas kalpo kā pozitīvs elektrods enerģijas uzkrāšanas ierīcē. Pētnieki to apvieno ar pārbaudītu titāna-oglekļa negatīvo elektrodu.
Jauna enerģijas uzkrāšanas ierīce ne tikainodrošina enerģijas blīvumu līdz 73 kWh / kg, kas aptuveni atbilst niķeļa-metāla hidrīda akumulatora enerģijas blīvumam. Tas nozīmē, ka jaunā ierīce darbojas daudz labāk nekā lielākā daļa citu superkondensatoru ar jaudas blīvumu 16 kWh / kg. Jaunā superkondensatora noslēpums slēpjas dažādu materiālu kombinācijā, tāpēc ķīmiķi superkondensatoru sauc par “asimetrisku”.
Lai izveidotu jauno ierīci, pētnieki paļāvās uz jaunu stratēģiju, lai pārvarētu standarta materiālu veiktspējas robežas un izmantotu hibrīdmateriālus.
Abstrakta ideja par pamatmateriālu apvienošanutika pārvietots uz superkondensatoriem. Viņi kā pamatu izmantoja jaunu pozitīvi uzglabājamo elektrodu ar ķīmiski modificētu grafēnu un apvienoja to ar nanostrukturētu metāla organisko struktūru, tā saukto MOF.
Grafēna hibrīdu īpašībām, no vienas puses, noteicošais ir liels īpatnējais virsmas laukums un kontrolēti poru izmēri, un, no otras puses, augsta elektrovadītspēja.
Labiem superkondensatoriem, lieliemvirsmas. Tas ļauj materiālā savākt attiecīgi lielu skaitu lādiņnesēju — tas ir elektriskās enerģijas uzkrāšanas pamatprincips. Pateicoties gudram materiālu dizainam, pētnieki varēja saistīt grafēnskābi ar MOF. Iegūto hibrīdu MOF ir ļoti liela iekšējā virsma līdz 900 kvadrātmetriem uz gramu, un tie ir ļoti efektīvi kā pozitīvi elektrodi superkondensatorā.
Stabils savienojums starpnanostrukturētiem komponentiem ir milzīgas priekšrocības ilgtermiņa stabilitātes ziņā: jo stabilākas ir saites, jo vairāk uzlādes un izlādes ciklu ir iespējams bez ievērojami pasliktinošas veiktspējas.
Salīdzinājumam: klasiskā litija akumulatora kalpošanas laiks ir aptuveni 5000 ciklu. Jaunā šūna, ko izstrādājuši TUM pētnieki, saglabā gandrīz 90% ietilpību pat pēc 10 000 cikliem.
Lasīt vairāk
Skatiet, kā parādījās mēness. Senā planēta ietriecās Zemē
Arheologi ir atraduši senu apbedījumu Krimā. Bija "biļete" uz aizsaulē
Aborts un zinātne: kas notiks ar bērniem, kas dzemdēs