Увеличение емкости суперконденсаторов
Пористый органический материал, созданный в компании KAUST, мог бы значительно улучшить хранение и доставку энергии суперконденсаторами, которые являются устройствами, способными доставлять быстрые и мощные всплески энергии.
Ковалентные органические каркасы для суперконденсатора
В суперконденсаторах используется технология, которая значительно отличается от обратимых химических реакций, используемых в перезаряжаемых батареях. Они аккумулируют электрическую энергию, создавая разделение положительного и электрического заряда, и эта способность позволяет им подавать быстрые импульсы энергии, необходимые, например, для ускорения электромобилей, или открывать аварийные двери в самолетах. Однако у них есть слабое место в относительно небольшом количестве энергии, которое они могут накапливать, свойство, известное как плотность энергии.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
ЭФИРЫ c ЛУЧШИМИ психологами, врачами, остеопатами
в закрытом клубе course.econet.ru
ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП
Исследовательская группа KAUST нашла способ увеличить плотность энергии, используя материалы, известные как ковалентные органические каркасы (COF). Это кристаллические пористые полимеры, образованные из органических строительных блоков, удерживаемых вместе прочными «ковалентными» связями – типами связей, удерживающими атомы вместе в молекулах.
Увеличение емкости суперконденсаторов
Причина ранее низкой эффективности COF, выявленная группой, связана с их низкой проводимостью. Они смогли преодолеть это ограничение, исследуя модифицированные структуры, которые позволили электронам «делокализоваться», что означало, что они могли свободно перемещаться по молекулам.
Кроме того, тщательно отобранные молекулярные функциональные группы также способствовали химическим изменениям, необходимым для повышения эффективности хранения энергии.
Исследователи разработали двухмерные слоистые COF для эффективного использования механизмов хранения нескольких зарядов в одном материале. Таким образом, они смогли значительно увеличить емкость зарядного хранилища COF.
«Способность нашего нового материала к хранению превосходит все ранее зарегистрированные COF, а его емкость конкурирует с самыми известными материалами суперконденсаторов», – объясняет Шарат Кандамбет, первый автор исследования.
«Физическая пористая структура COF также облегчает и способствует транспортировке и хранению ионов, которые несут электрический заряд», – добавляет Шарат Кандамбет.
Суперконденсаторы имеют отрицательный и положительный электроды, разделенные материалом, через который могут проходить заряженные частицы. Специальная категория соединений, разработанная командой KAUST, известная как Hex-Aza COF, хорошо себя зарекомендовала при использовании в качестве отрицательных электродов высокоэффективных суперконденсаторов. В сочетании с другим материалом, таким как положительный электрод, например, RuO2, они привели к созданию асимметричного суперконденсаторного устройства с широким диапазоном напряжений. Помимо более высокой плотности энергии, электроды также позволяют суперконденсаторам дольше поставлять энергию, что должно расширить диапазон подходящих применений.
«В настоящее время мы пытаемся объединить наши COF материалы Hex-Aza с относительно более дешевыми положительными электродами на оксидах металлов для создания новых суперконденсаторов, которые, как мы надеемся, достигнут коммерциализации», – говорит Мохамед Эддауди (Mohamed Eddaoudi), руководитель исследовательского коллектива.
Пористый органический материал, созданный в компании KAUST, мог бы значительно улучшить хранение и доставку энергии суперконденсаторами, которые являются устройствами, способными доставлять быстрые и мощные всплески энергии.
В суперконденсаторах используется технология, которая значительно отличается от обратимых химических реакций, используемых в перезаряжаемых батареях. Они аккумулируют электрическую энергию, создавая разделение положительного и электрического заряда, и эта способность позволяет им подавать быстрые импульсы энергии, необходимые, например, для ускорения электромобилей, или открывать аварийные двери в самолетах. Однако у них есть слабое место в относительно небольшом количестве энергии, которое они могут накапливать, свойство, известное как плотность энергии.
Исследовательская группа KAUST нашла способ увеличить плотность энергии, используя материалы, известные как ковалентные органические каркасы (COF). Это кристаллические пористые полимеры, образованные из органических строительных блоков, удерживаемых вместе прочными «ковалентными» связями – типами связей, удерживающими атомы вместе в молекулах.
Причина ранее низкой эффективности COF, выявленная группой, связана с их низкой проводимостью. Они смогли преодолеть это ограничение, исследуя модифицированные структуры, которые позволили электронам «делокализоваться», что означало, что они могли свободно перемещаться по молекулам.
Кроме того, тщательно отобранные молекулярные функциональные группы также способствовали химическим изменениям, необходимым для повышения эффективности хранения энергии.
Исследователи разработали двухмерные слоистые COF для эффективного использования механизмов хранения нескольких зарядов в одном материале. Таким образом, они смогли значительно увеличить емкость зарядного хранилища COF.
«Способность нашего нового материала к хранению превосходит все ранее зарегистрированные COF, а его емкость конкурирует с самыми известными материалами суперконденсаторов», – объясняет Шарат Кандамбет, первый автор исследования.
«Физическая пористая структура COF также облегчает и способствует транспортировке и хранению ионов, которые несут электрический заряд», – добавляет Шарат Кандамбет.
Суперконденсаторы имеют отрицательный и положительный электроды, разделенные материалом, через который могут проходить заряженные частицы. Специальная категория соединений, разработанная командой KAUST, известная как Hex-Aza COF, хорошо себя зарекомендовала при использовании в качестве отрицательных электродов высокоэффективных суперконденсаторов. В сочетании с другим материалом, таким как положительный электрод, например, RuO2, они привели к созданию асимметричного суперконденсаторного устройства с широким диапазоном напряжений. Помимо более высокой плотности энергии, электроды также позволяют суперконденсаторам дольше поставлять энергию, что должно расширить диапазон подходящих применений.
«В настоящее время мы пытаемся объединить наши COF материалы Hex-Aza с относительно более дешевыми положительными электродами на оксидах металлов для создания новых суперконденсаторов, которые, как мы надеемся, достигнут коммерциализации», – говорит Мохамед Эддауди (Mohamed Eddaoudi), руководитель исследовательского коллектива.
https://econet.ru/articles/uvelichenie-emkosti-superkondensatorov
19.11.2020