Normalmente, baterias e acumuladores são usados para armazenar energia, que fornecem energia para dispositivos eletrônicos.
Ao contrário das baterias, eles podem se acumular rapidamentegrande quantidade de energia e descarregue-a com a mesma rapidez. Se, por exemplo, um trem diminui a velocidade ao entrar em uma estação, os supercapacitores armazenam energia e a fornecem novamente quando o trem precisa rapidamente de muita energia para partir.
Contudo, hoje um dos problemassupercapacitores era a falta de densidade de energia. Embora as baterias de lítio atinjam densidades de energia de até 265 kWh por quilograma, os supercapacitores até agora fornecem apenas um décimo desse nível.
Uma equipe de cientistas trabalhando com um professorA química inorgânica e organometálica da Universidade Técnica de Munique (TUM), desenvolveu um novo, poderoso e sustentável material de grafeno híbrido para supercapacitores. Ele serve como um eletrodo positivo em um dispositivo de armazenamento de energia. Os pesquisadores estão combinando-o com um eletrodo negativo comprovado de titânio-carbono.
Novo dispositivo de armazenamento de energia não sófornece uma densidade de energia de até 73 kWh / kg, que é aproximadamente equivalente à densidade de energia de uma bateria de níquel-hidreto metálico. Dito isso, o novo dispositivo tem um desempenho muito melhor do que a maioria dos outros supercapacitores, com uma densidade de potência de 16 kWh / kg. O segredo do novo supercapacitor está na combinação de diferentes materiais, por isso os químicos chamam o supercapacitor de “assimétrico”.
Para criar o novo dispositivo, os pesquisadores confiaram em uma nova estratégia para superar os limites de desempenho dos materiais padrão e usar materiais híbridos.
Ideia abstrata de combinar materiais básicosfoi movido para supercondensadores. Eles usaram um novo eletrodo de armazenamento positivo com grafeno quimicamente modificado como base e o combinaram com uma estrutura organometálica nanoestruturada, o chamado MOF.
Decisivos para as características dos híbridos de grafeno são, por um lado, uma grande área superficial específica e tamanhos de poros controlados e, por outro lado, alta condutividade elétrica.
Para bons supercapacitores, grandessuperfície. Isto permite que um número correspondentemente grande de portadores de carga seja coletado no material – este é o princípio básico do armazenamento de energia elétrica. Graças ao design inteligente dos materiais, os pesquisadores conseguiram ligar o ácido grafeno a um MOF. Os MOFs híbridos resultantes têm uma área de superfície interna muito grande, de até 900 metros quadrados por grama, e são muito eficazes como eletrodos positivos em um supercapacitor.
Conexão estável entreos componentes nanoestruturados têm vantagens tremendas em termos de estabilidade de longo prazo: quanto mais estável a conexão, mais ciclos de carga e descarga são possíveis sem degradar significativamente o desempenho.
Para efeito de comparação: uma bateria de lítio clássica tem uma vida útil de cerca de 5000 ciclos. A nova célula, desenvolvida pelos pesquisadores do TUM, retém quase 90% da capacidade mesmo após 10.000 ciclos.
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