Vanligtvis används batterier och ackumulatorer för att lagra energi, som ger energi till elektroniska enheter.
Till skillnad från batterier kan de snabbt ackumulerasen stor mängd energi och urladdar den lika snabbt. Om t.ex. ett tåg saktar ner när man går in på en station lagrar superkondensatorer energi och ger den igen när tåget snabbt behöver mycket energi för att starta.
Men idag ett av problemensuperkondensatorer var deras brist på energitäthet. Medan litiumbatterier uppnår energitätheter på upp till 265 kWh per kilogram, levererar superkondensatorer än så länge bara en tiondel av den nivån.
Ett team av forskare som arbetar med en professoroorganisk och organometallisk kemi vid tekniska universitetet i München (TUM), har utvecklat ett nytt, kraftfullt och hållbart hybridgrafenmaterial för superkondensatorer. Den fungerar som en positiv elektrod i en energilagringsenhet. Forskarna kombinerar den med en beprövad titan-kol-negativ elektrod.
Ny energilagringsenhet inte barager en energitäthet på upp till 73 kWh / kg, vilket ungefär motsvarar energitätheten hos ett nickelmetallhydridbatteri. Med detta sagt, fungerar den nya enheten mycket bättre än de flesta andra superkondensatorer med en effekttäthet på 16 kWh / kg. Hemligheten med den nya superkondensatorn ligger i kombinationen av olika material, varför kemister kallar superkondensatorn ”asymmetrisk”.
För att skapa den nya enheten litade forskarna på en ny strategi för att övervinna prestandagränserna för standardmaterial och använda hybridmaterial.
Abstrakt idé att kombinera grundmaterialflyttades till superkondensatorer. De använde en ny positiv lagringselektrod med kemiskt modifierad grafen som bas och kombinerade den med en nanostrukturerad organometallisk ram, den så kallade MOF.
Avgörande för egenskaperna hos grafenhybrider är å ena sidan en stor specifik yta och kontrollerade porstorlekar, och å andra sidan hög elektrisk ledningsförmåga.
För bra superkondensatorer, storayta. Detta gör att ett motsvarande stort antal laddningsbärare kan samlas i materialet – detta är grundprincipen för att lagra elektrisk energi. Tack vare smart materialdesign kunde forskarna binda grafensyra till en MOF. De resulterande hybrid-MOF:erna har en mycket stor inre yta på upp till 900 kvadratmeter per gram och är mycket effektiva som positiva elektroder i en superkondensator.
Stabil koppling mellannanostrukturerade komponenter har enorma fördelar när det gäller långsiktig stabilitet: ju mer stabil anslutningen är, desto mer laddnings- och urladdningscykler är möjliga utan väsentligt försämrande prestanda.
Som jämförelse: ett klassiskt litiumbatteri har en livslängd på cirka 5000 cykler. Den nya cellen, utvecklad av TUM-forskarna, behåller nästan 90% kapacitet även efter 10 000 cykler.
Läs mer
Se hur månen uppstod. Forntida planet kraschade in i jorden
Arkeologer har hittat en gammal begravning på Krim. Det fanns en "biljett" till efterlivet
Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda