Zazwyczaj do magazynowania energii służą baterie i akumulatory, które dostarczają energię do urządzeń elektronicznych.
W przeciwieństwie do baterii mogą szybko się gromadzićdużą ilość energii i równie szybko ją rozładowujemy. Jeśli na przykład pociąg zwalnia przy wjeździe na stację, superkondensatory magazynują energię i dostarczają ją ponownie, gdy pociąg szybko potrzebuje dużo energii, aby ruszyć.
Jednak dzisiaj jeden z problemówsuperkondensatorów był brak gęstości energii. Podczas gdy baterie litowe osiągają gęstość energii do 265 kWh na kilogram, superkondensatory jak dotąd zapewniają jedynie jedną dziesiątą tego poziomu.
Zespół naukowców współpracujący z profesoremchemia nieorganiczna i metaloorganiczna na Uniwersytecie Technicznym w Monachium (TUM) opracowała nowy, potężny i zrównoważony hybrydowy materiał grafenowy do superkondensatorów. Służy jako elektroda dodatnia w urządzeniu magazynującym energię. Naukowcy łączą go ze sprawdzoną ujemną elektrodą tytanowo-węglową.
Nowe urządzenie do magazynowania energii nie tylkozapewnia gęstość energii do 73 kWh / kg, co w przybliżeniu odpowiada gęstości energii akumulatora niklowo-wodorkowego. To powiedziawszy, nowe urządzenie działa znacznie lepiej niż większość innych superkondensatorów, przy gęstości mocy 16 kWh / kg. Sekret nowego superkondensatora tkwi w połączeniu różnych materiałów, dlatego chemicy nazywają superkondensator „asymetryczny”.
Aby stworzyć nowe urządzenie, naukowcy oparli się na nowej strategii pokonywania ograniczeń wydajności standardowych materiałów i wykorzystywania materiałów hybrydowych.
Abstrakcyjna idea łączenia podstawowych materiałówzostał przeniesiony do superkondensatorów. Wykorzystali nową dodatnią elektrodę akumulacyjną z chemicznie modyfikowanym grafenem jako podstawę i połączyli ją z nanostrukturalną strukturą metaloorganiczną, tak zwaną MOF.
Decydujące o cechach hybryd grafenowych są z jednej strony duża powierzchnia właściwa i kontrolowana wielkość porów, a z drugiej strony wysoka przewodność elektryczna.
Dla dobrych superkondensatorów, dużychpowierzchnia. Pozwala to na zgromadzenie w materiale odpowiednio dużej liczby nośników ładunku – to podstawowa zasada magazynowania energii elektrycznej. Dzięki sprytnemu projektowi materiałów naukowcom udało się związać kwas grafenowy z MOF. Powstałe hybrydowe MOF mają bardzo dużą powierzchnię wewnętrzną sięgającą 900 metrów kwadratowych na gram i są bardzo skuteczne jako elektrody dodatnie w superkondensatorze.
Stabilne połączenie międzyElementy nanostrukturalne mają ogromne zalety pod względem długoterminowej stabilności: im bardziej stabilne połączenie, tym więcej cykli ładowania i rozładowania jest możliwych bez znacznego obniżenia wydajności.
Dla porównania: klasyczna bateria litowa ma żywotność około 5000 cykli. Nowa komórka, opracowana przez naukowców z TUM, zachowuje prawie 90% pojemności nawet po 10000 cykli.
Czytaj więcej
Zobacz, jak pojawił się księżyc. Starożytna planeta uderzyła w Ziemię
Archeolodzy znaleźli starożytny pochówek na Krymie. Był „bilet” do zaświatów
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić