Tehokkaampia superkondensaattoreita

Kaaviokuvat tavallisista elektrolyyteistä (vasen) ja ionisista nestemäisistä pesuaineiden kaltaisista elektrolyyteistä (oikealla) elektrodin pinnalla

Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt yhden uuden tavan parantaa superkondensaattoreita, luomalla uuden luokan pinta-aktiivisia ionisia nesteitä (SAIL).

Tutkimus selvitti, miksi nämä aineet ovat parempia elektrolyyttejä kuin nykyiset materiaalit. Ne voivat koota itsensä kerrosmaisiksi kaksikerroksisiksi rakenteiksi elektrodipinnoilla, jolloin ne tarjoavat paremman energian varastoinnin suorituskyvyn.

Tyypillisesti varautuneen elektrodin kanssa kosketuksessa olevissa elektrolyyteissä ionien jakautumista hallitsevat sähköstaattiset vuorovaikutukset. Tätä jakautumista voidaan kuitenkin hallita tekemällä ionisista nesteistä saippuamaisia tai amfifiilisiä, niin että molekyyleillä on erilliset polaariset ja ei-polaariset alat.

Croissantit valmistetaan puristamalla ja taittamalla taikina kerrostetun leivonnaisen muodostamiseksi. Lontoon Queen Maryn tutkijat sovelsivat tätä tekniikkaa uudenlaiseen dielektriseen superkondensaattoriin.

Polymeerikalvoa puristamalla ja taittamalla he pystyivät varastoimaan kondensaattoriin 30 kertaa enemmän energiaa kuin parhaiten toimiva kaupallinen dielektrinen kondensaattori eli biaksiaalisesti suunnattu polypropeeni (BOPP) kondensaattori.

Sähkökemiallisilla superkondensaattoreilla on ainakin luokkaa suurempi energiatiheys verrattuna vastaaviin dielektrisiin kondensaattoreihin, mutta ne kärsivät pienemmästä tehotiheydestä ja alhaisemmasta lähtöjännitteestä. Dielektrisiä kondensaattoreita rajoittaa kuitenkin pieni varastoitava energiamäärä.

Tämä tutkimus purkaa nyt tätä rajoitusta yksinkertaisella puristusten ja taittojen tuotantotekniikalla. Tyypillisesti polymeerikalvokondensaattoreiden teossa tarvitaan kalliita ja monimutkaisia synteesi- ja prosessireittejä.

Puettavissa sovelluksissa toimivien laitteiden energian varastointijärjestelmien olisi yhdistettävä kankaan joustava muodonmuutos korkeaan kapasiteettiin ja kestävyyteen.

Muotoaan muuttavat elektrodit kuitenkin vikaantuvat usein pitkäaikaisessa toiminnassa ja niiden kapasiteetti on jäljessä muiden huipputeknisten energian varastointilaitteiden kapasiteetista.

Materiaalitieteilijöiden ryhmä Nanjing Tech Universitystä, Kiinasta, ovat kehittäneet huokoisen hybridi-materiaalin, joka syntetisoidaan grafeenista ja hiilinanoputkien hybridistä sekä metalli-orgaanisesta kehyksestä (MOF).

Nanohiilet tarjosivat suuren pinta-alan ja erinomaisen sähkönjohtavuuden, ja metalli-orgaaninen kehys antoi huokoisen rakenteen ja sähkökemiallisen aktiivisuuden. Yhdessä ne ovat vakaita ja sietävät yli 10000 varaus-purkaus jaksoa.

Aiheesta aiemmin:

Ionitekniikkaa kondensaattoreihin

Superkonkista entistä superimpeja

Mikä ihmeen MOF?