Ionitekniikkaa kondensaattoreihin

24.06.2019

Dalian-kiikkustuoli-superkonkka-CNRS-300-t.jpgHydrokinoni ja kinoni muuntuvat palautuvasti purkautumisen aikana toisikseen ja niihin liittyy protonointi- ja deprotonointiprosesseja. Samaan aikaan vetyioneja palautuvasti interkaloitui ja uutettiin Ti3C2Tx MXene anodiin, joka indusoi muutoksen titaanin oksidoitumis-hapetustilassa.

Liikkuvaan sähköenergian varastointiin on kaksi suosittua ratkaisua: suuren kapasiteetin litiumioniakut sekä nopeasti ladattavat ja purettavat kondensaattorit. Litium-ionikondensaattorit (LIC) yhdistävät näiden molempien parhaat puolet.

Litium-ioni kondensaattorien materiaalit eivät sisällä litiumioneja (tai elektroneja), toisin kuin akut. Siksi niiden tuottamisessa tarvitaan esilithiointia. Se tapahtuu joko yhteen kondensaattorin aineosista tai vahvasti litiumioneja sisältävä lisäaine jakaa ne uudelleen kondensaattorin materiaaleihin ensimmäisen latauksen aikana. Nämä menetelmät ovat kuitenkin kalliita ja monimutkaisia.

CNRS/Université de Nantesin tutkijat yhdessä Münsterin yliopiston tutkijoiden kanssa ylittivät tämän haasteen käyttämällä kahta lisäainetta, jotka yhdistettiin peräkkäisten kemiallisten reaktioiden kautta.

Kahden lisäaineen käyttö yhdessä litiumionien ja muiden elektronien kanssa, tarjoaa paljon suuremman toimintavapauden, koska ne voidaan valita itsenäisesti hinnan, kemiallisten ominaisuuksien ja suorituskyvyn mukaan.

Kun litiumionikondensaattori latautuu, ensimmäinen lisäaine (pyreeni) vapauttaa elektroneja ja protoneja. Toinen lisäaine, Li3PO4 varastoi protonit, ja vapauttaa litiumioneja, jotka ovat sitten käytettävissä esilitiointia varten.

Tämän lähestymistavan lisäetuna on se, että esilitioinnin jälkeen pyreenin jäännös edistää varausten varastointia, mikä lisää tallennetun sähköenergian määrää.

Tutkijoiden mukaan tekniikan mahdollisuuksien käyttöönoton pitäisi tuottaa näiden laitteiden nopeampi kaupallistaminen.

Toisaalla tutkimusryhmä, jota johti WU Zhongshuai Kiinan tiedeakatemian Dalianin kemiallisen fysiikan instituutista (CAS) yhteistyössä WANG Xiaohunin kanssa CASin metallitutkimuslaitoksesta, kehitti korkean energiatiheyden, vety-ioni-keinutuoli –tyyppisen MXene-perustaisen hybridi superkondesaattorin.

MXenet, kaksiulotteiset metallikarbidit ja karbonitridit, ovat herättäneet laajaa kiinnostusta niiden erinomaisen sähkökemiallisen energian varastointiominaisuuden vuoksi. Kuitenkin, vesipitoista symmetristä Ti3C2Tx -pohjaista superkonkkaa rajoittaa yleensä pieni jänniteikkuna (~ 0,6 V), johtuen peruuttamattomasta Ti3C2Tx:n hapettumisesta korkeassa potentiaalissa.

Kun tutkijat käyttivät Ti3C2Tx:tä negatiivisena elektrodina, hiilinanoputkia positiivisena elektrodina, H2SO4 liuosta negatiivisena elektrolyyttinä ja liuoksena joka sisältää hydrokinonin positiivisena elektrolyyttinä sekä protoneja läpäisevää Nafion-kalvoa erottimena, he valmistivat epäsymmetrisiä hybridejä superkondensaattoreita.

Tässä palautuvassa sähkökemiallisessa käyttäytymisessä oli mukana nopea vetyionin kuljetus positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä, jolloin laitetta kutsuttiin vety-ioni-keinutuoli hybridi superkondensaattoreiksi, vastaavasti kuin litiumioniakut.

Kummankin elektrodin suuren pseudokapasitanssin, sovitetun potentiaalisen ikkunan ja erinomaisen palautuvuuden vuoksi hybridi superkondensaattori osoitti jopa 1,6 voltin jännitettä, hyvää vakautta ja 100%:n säilymistä 5000 syklin jälkeen. Lisäksi energiatiheys oli ennätysmäiset 62 Wh/kg, näin ylittäen kaikki aiemmin raportoidut MXene-pohjaiset superkondensaattorit.

Aiheesta aiemmin:

Staattinen negatiivinen kondensaattori

Uusi sähköenergian varastoinnin materiaali

Energiaa kaksiulotteisten materiaalien väliin

05.08.2020Ensimmäinen neurotransistori
04.08.2020Ferrosähköistä ja topologista muistia
03.08.2020Absorboivaa EMI-suojausta
31.07.2020Eristeidenkin on ohennuttava
24.07.2020Ennätysmäisiä metalinssejä
19.07.2020Grafeeni ja 2D-materiaalit voisivat ohittaa Mooren lain
06.07.2020Elektronit ja fotonit samalla sirulla
26.06.2020Tieteen purskeita kaukaa ja läheltä
26.06.2020Magnon-kytkin teollisesti hyödyllisillä ominaisuuksilla
25.06.2020Mikroaaltovahvistin joustavalle puukalvolle
24.06.2020Eksitoneja ja kvanttimateriaaleja
23.06.2020Anturien 3D-tulostus suoraan sydämeen
19.06.2020Tallennusta, logiikkaa ja skyrmioneja
18.06.2020Perusteita tehokkaammille akuille
17.06.2020Lomittaa molekyylejä ja atomeja
16.06.2020Intuitiivinen ohjelmointikieli kvanttitietokoneille
15.06.2020Kontakteja 2D-transistoreille
12.06.2020Molekyylit tarjoavat satakertaisen muistin
10.06.2020Ennätysherkkä venymäanturi
09.06.2020Tutkijat kehittävät elinkelpoisen natriumakun
08.06.2020Tehokkaampia ledejä
05.06.2020Kiertoelimiä mikropiiritekniikalla
04.06.2020Topologisia ulottuvuuksia kvanttitietotekniikalle
03.06.2020Pyörrevalolla vauhtia tiedonsiirtoon
02.06.2020Pientä ja suurta transistoritekniikkaa
01.06.2020Uutta puhtia piikarbidille
29.05.2020Uudenlaisia atomisesti ohuita 2D-materiaaleja
28.05.2020Ennätyskorkeaa datansiirtoa yhdellä lähettimellä
27.05.2020Apua litiummetallisille anodeille
26.05.2020Uusi resepti yhden atomin transistoreille
25.05.2020Ihoanturi seuraa C-vitamiinitasoja hiestä
22.05.2020Kohti kolmatta ulottuvuutta
21.05.2020Nopempi koherentti LiDAR
20.05.2020Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin
19.05.2020Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi
18.05.2020Löytää edullisesti radioaaltoja
16.05.2020Suprajohtavuutta ja topologiaa
15.05.2020Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta
14.05.2020Vetyä auringonvalosta
13.05.2020Uutta valoa 2D-nanolasereista
12.05.2020Vakaita perovskiitteja
11.05.2020Superkondensaattori heterorakenteisella elektrodilla
08.05.2020Harppauksia piianodien käyttöönotossa
07.05.2020Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä
06.05.2020Todellisuutta tuntevat proteesit
05.05.2020Eväitä twistroniikalle
04.05.2020Superkiraalista valoa
03.05.2020Läpinäkyvyyttä ja aurinkosähköä
30.04.2020Rautapohjainen lämpösähkögeneraattori
29.04.2020Topologia avuksi fotoniikkaan
28.04.2020Tavoitteena 2000 km yhdellä latauksella
27.04.2020Ferrosähköä atomitasolla
27.04.2020Neuromorfinen memristori
23.04.2020Spintroniikalle sopivaa sähkömagnetismia
22.04.2020Akkutekniikoiden uudet reaktiot
21.04.2020Kylmää ja kuumaa kvanttitekniikkaa
20.04.2020Harppaus magnetisoitumisen tutkimuksessa
18.04.2020Ultravioletin voima
17.04.2020Innovatiivisia tekniikoita pikkusatelliiteille
16.04.2020Energiankeruuta metallia syöden
15.04.2020Alusta optisille transistoreille
14.04.2020Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla
12.04.2020Viiden minuutin koronavirustesti
10.04.2020Geometrinen diodi
09.04.2020Spinaalloilla pitkälle
08.04.2020Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin
07.04.2020Yhdistetty optinen lähetin ja vastaanotin
06.04.2020Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille
03.04.2020Energian keruuta terahertsiaalloista
02.04.2020Sähkökentistä sähköä IoT-antureille
01.04.2020Kaksiseinäisillä nanoputkilla on elektro-optisia etuja
31.03.2020Uudenlaista kemiaa litiumakuille
30.03.2020Kohti hakkeroimatonta kvantti-internettiä
28.03.2020Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa
27.03.2020Kohti tehokkaampaa elektroniikkaa
26.03.2020Uusia materiaaleja puettavalle elektroniikalle
25.03.2020Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin
24.03.2020Optinen terahertsitransistori
23.03.2020Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti
20.03.2020Syväoppimisen uudelleenarviointi
19.03.2020Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle
17.03.2020Aurinkokennojen ennätysvirittely jatkuu
16.03.2020Monitoimisia anturimateriaaleja
13.03.2020Valolla toimivat kiintolevyt
12.03.2020Topologista valon kulkua
11.03.2020Vakaasti toimiva nanorele
10.03.2020Vielä enemmän skyrmioneja
09.03.2020Spin-kubitin vakaa luenta
07.03.2020Haisevista hedelmistä superkonkkia
06.03.2020Aurinkokenno grafeenista, perovskiitistä ja piistä
05.03.2020Kaliummetalli akun vaihtoehdoksi litiumille
04.03.2020Kaksiulotteinen elektronien hila
03.03.2020Kaksiulotteisia metalleja
02.03.2020Magnetismia kolmiulotteisesti
28.02.2020Monenlaista valon hallintaa
27.02.2020Yksinkertainen itselatautuva akku
26.02.2020Edullisempia suojaustekniikoita
25.02.2020Johtaa sekä sähköä että energiaa täydellisesti
25.02.2020Kemiaa ja seostusta
21.02.2020Vauhdikkaita muistirakenteita

Näytä lisää »