Новый суперконденсатор с высокой плотностью энергии
В гонке за лучшим суперконденсатором исследователи Технического университета Мюнхена сделали большой шаг вперед. Они разработали графеновый гибридный материал, который имеет показатели производительности, сравнимые с показателями современных батарей. Это серьезный прорыв, потому что основным недостатком современных суперконденсаторов является их низкая плотность энергии.
Гибридный материал по природному образцу
Новый гибридный графеновый материал, разработанный командой под руководством профессора химии Роланда Фишера вместе с международными экспертами, является одновременно мощным и устойчивым. Он служит в качестве положительного электрода в ячейке, в то время как отрицательный электрод состоит из проверенного материала, изготовленного из титана и углерода.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
ЭФИРЫ c ЛУЧШИМИ психологами, врачами, остеопатами
в закрытом клубе course.econet.ru
ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП
С новым электродом новый суперконденсатор достигает плотности энергии до 73 Вт/кг, заявили в мюнхенском университете. Это соответствует плотности энергии никель-металл-гидридной аккумуляторной батареи и на сегодняшний день значительно превышает характеристики современных суперконденсаторов. Плотность энергии в 16 кВт/кг также значительно выше, чем у современных суперконденсаторов.
Новый суперконденсатор с высокой плотностью энергии
Исследователи достигли этой высокой эффективности, комбинируя различные материалы: «Природа полна очень сложных, эволюционно оптимизированных гибридных материалов – кости и зубы являются примерами этого, природа оптимизировала их механические свойства, такие как твердость или эластичность, комбинируя различные материалы», – объясняет Роланд Фишер.
С одной стороны, большая удельная площадь поверхности и контролируемые размеры пор имеют большое значение для производительности гибридного материала. Это связано с тем, что на большой площади может накапливаться большое количество носителей заряда, что является основным принципом хранения электрической энергии. Вторым решающим фактором является высокая электропроводность.
Исследователи объединили химически модифицированный графен с наноструктурным металлоорганическим каркасом (MOF). «Высокая производительность материала основана на сочетании микропористого MOF с проводящей графеновой кислотой», – объясняет Джаярамулу Коллебойина, бывший приглашенный ученый Роланда Фишера.
Благодаря продуманному дизайну материалов исследователям удалось химически совместить графеновую кислоту с MOF. Таким образом были созданы гибридные MOF с очень большой внутренней поверхностью до 900 квадратных метров на грамм. В качестве положительного электрода в суперконденсаторе, они чрезвычайно мощные, пишут исследователи.
Еще одним преимуществом материала является его длительный срок службы, основанный на прочном сцеплении отдельных компонентов. Чем стабильнее, тем больше циклов зарядки и разгрузки возможно без значительной потери производительности. Эти связи такие же, как и между аминокислотами в белках. «На самом деле, мы связали графеновую кислоту с амином MOF, создав своего рода пептидную связь», – объясняет Роланд Фишер.
Команда сообщает о 10 000 циклах для нового суперконденсатора, после чего его вместимость все еще составляла почти 90 %. Обычная литий-ионная батарея выдерживает около 5000 циклов.
В гонке за лучшим суперконденсатором исследователи Технического университета Мюнхена сделали большой шаг вперед. Они разработали графеновый гибридный материал, который имеет показатели производительности, сравнимые с показателями современных батарей. Это серьезный прорыв, потому что основным недостатком современных суперконденсаторов является их низкая плотность энергии.
Новый гибридный графеновый материал, разработанный командой под руководством профессора химии Роланда Фишера вместе с международными экспертами, является одновременно мощным и устойчивым. Он служит в качестве положительного электрода в ячейке, в то время как отрицательный электрод состоит из проверенного материала, изготовленного из титана и углерода.
С новым электродом новый суперконденсатор достигает плотности энергии до 73 Вт/кг, заявили в мюнхенском университете. Это соответствует плотности энергии никель-металл-гидридной аккумуляторной батареи и на сегодняшний день значительно превышает характеристики современных суперконденсаторов. Плотность энергии в 16 кВт/кг также значительно выше, чем у современных суперконденсаторов.
Исследователи достигли этой высокой эффективности, комбинируя различные материалы: «Природа полна очень сложных, эволюционно оптимизированных гибридных материалов – кости и зубы являются примерами этого, природа оптимизировала их механические свойства, такие как твердость или эластичность, комбинируя различные материалы», – объясняет Роланд Фишер.
С одной стороны, большая удельная площадь поверхности и контролируемые размеры пор имеют большое значение для производительности гибридного материала. Это связано с тем, что на большой площади может накапливаться большое количество носителей заряда, что является основным принципом хранения электрической энергии. Вторым решающим фактором является высокая электропроводность.
Исследователи объединили химически модифицированный графен с наноструктурным металлоорганическим каркасом (MOF). «Высокая производительность материала основана на сочетании микропористого MOF с проводящей графеновой кислотой», – объясняет Джаярамулу Коллебойина, бывший приглашенный ученый Роланда Фишера.
Благодаря продуманному дизайну материалов исследователям удалось химически совместить графеновую кислоту с MOF. Таким образом были созданы гибридные MOF с очень большой внутренней поверхностью до 900 квадратных метров на грамм. В качестве положительного электрода в суперконденсаторе, они чрезвычайно мощные, пишут исследователи.
Еще одним преимуществом материала является его длительный срок службы, основанный на прочном сцеплении отдельных компонентов. Чем стабильнее, тем больше циклов зарядки и разгрузки возможно без значительной потери производительности. Эти связи такие же, как и между аминокислотами в белках. «На самом деле, мы связали графеновую кислоту с амином MOF, создав своего рода пептидную связь», – объясняет Роланд Фишер.
Команда сообщает о 10 000 циклах для нового суперконденсатора, после чего его вместимость все еще составляла почти 90 %. Обычная литий-ионная батарея выдерживает около 5000 циклов.
https://econet.ru/articles/novyy-superkondensator-s-vysokoy-plotnostyu-energii
19.02.2021