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

20.11.2019Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä
18.11.2019Fotonikytkin CMOS-piireille
15.11.2019Parempia langattomia anturitekniikoita
13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja
05.11.2019Muuntaa 2D-tasot pehmeiksi ja joustaviksi 3D-rakenteiksi
04.11.2019Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin
01.11.2019Kvanttiakussa ei synny häviöitä
31.10.2019Keinoja ja visioita 2D-materiaalien käytölle
30.10.2019Käteviä ADC- ja DAC-muuntimia IoT-aikakaudelle
29.10.2019Kvanttipisteitä edullisesti ja tarkasti
25.10.2019Paljonko on kvanttilaskennan ylivoima?
24.10.2019Tehokkaampia superkondensaattoreita
23.10.2019Uudenlaisia kalvoja hiilinanoputkista
22.10.2019Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta
21.10.2019Japanissa kokeiltiin petabitin verkkoyhteyksiä
18.10.2019Suprajohtavuutta moduloiden
17.10.2019Spin- ja varausvirran hallintaa
16.10.2019Spektrometriaa sirupiirillä
15.10.2019Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle
14.10.2019Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle
11.10.2019Pikotiedettä ja uusia materiaaleja
10.10.2019Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua
09.10.2019Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja
08.10.2019Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit
07.10.2019Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille
04.10.2019Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja
03.10.2019Supratekniikalla tehokkaampaa tietotekniikkaa
02.10.2019Paramagneettiset spinit tuottavat sähköä lämmöstä
01.10.2019Kolme kertaa parempi infrapunailmaisin
30.09.2019Yksisuuntainen radiotie synteettisellä Hall-efektillä
27.09.2019Katsaus kvanttilaskennan tekniikoihin
27.09.2019Muistipiirejä ilman kerrosrakennetta
25.09.2019Ennätysmäisiä aurinkokennoja
24.09.2019Topologinen eriste fotonien reitittäjäksi
23.09.2019Köyhän miehen kubitti
20.09.2019Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia
19.09.2019Valokiteiden valmistus ja hallinta
18.09.2019Kaksi vapausastetta
17.09.2019Epätavallista magneettista käyttäytymistä
16.09.2019Nanolangat korvaavat lasiprismat
13.09.2019Tehokkaampaa sähköpolttoaineiden tuotantoa
12.09.2019Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio
11.09.2019Energian talteenottoa piipiiriltä
10.09.2019Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille
09.09.2019Uusi eristetekniikka pienemmille siruille
06.09.2019Hiilinanoputkia ja grafeenia
05.09.2019Nikkelioksidistako suprajohde?
04.09.2019Metamateriaaleja ja magnoniikkaa
03.09.2019Gallium-oksidi tehotransistoreita ennätysarvoilla
02.09.2019Muutos magneetissa itsessään
30.08.2019Transistori pellavalangasta
29.08.2019Robotti ottaa ajotarkkuuden hallintaansa
28.08.2019Enemmän irti MEMS-tekniikasta
27.08.2019Ensimmäinen havainto eksitonisesta eristeestä
26.08.2019Opto-elektroninen siru jäljittelee hermosoluja
23.08.2019Valoa vangiten ja suunnaten
22.08.2019Navigoi ja paikallista kuin pöllö
21.08.2019Uusia puolijohteita tehoelektroniikkaan
20.08.2019Biohajoavia mikroresonaattoreita
19.08.2019Uutta tekniikkaa aurinkosähkölle
16.08.2019E-tekstiilejä ja metamateriaaleja
15.08.2019Valoa nanopiireille
14.08.2019Tehokkaampia kvanttiantureita
13.08.2019Tsunami mikropiirillä
12.08.2019Tekniikkaa kuudennen sukupolven verkoille
09.08.2019Kvanttimikrofonista kvanttitietokoneeseen
08.08.2019Paksummat OLEDit parantavat näyttötekniikkaa
07.08.2019Älylasi, joka ei tarvitse sähköä
06.08.2019Sähköä ruosteen avulla
05.08.2019Erittäin ohuita transistoreita
01.08.2019Spinvirta välittää käyttövoimaa
26.07.2019Dramaattista lisäystä aurinkokennoihin
19.07.2019Luminenssilamput kehittyvät
12.07.2019Atomista audiotallennusta
04.07.2019Valosähköisiä nanoputkia
03.07.2019Informaation teleporttausta timantissa
02.07.2019Orgaanisia katodeja tehokkaille akuille
28.06.2019Spintroniikkaa ja muistitekniikkaa
27.06.2019Edistysaskeleita kvanttitietotekniikalle
26.06.2019Oksidimateriaalit kaupallistuvat
25.06.2019Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön
24.06.2019Ionitekniikkaa kondensaattoreihin
20.06.2019Tehokkaampia tehopiiritekniikoita
19.06.2019Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä
18.06.2019Bioparisto IoDT-sovelluksille
17.06.2019Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan
14.06.2019Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon
13.06.2019Orgaaniset laserdiodit unelmasta todellisuuteen
12.06.2019Uusia ominaisuuksia elektroniikalle
11.06.2019Uusi laite pakkaa enemmän valokuituun
10.06.2019Tutkijat yrittävät luoda ihmisen kaltaista koneajattelua
07.06.2019Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen
06.06.2019Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia
05.06.2019Hämähäkin aisteja autonomisille koneille

Näytä lisää »