Nanokvantisointi täyttää akkuteknologian aukon

14.07.2022

McGill-nanokvantisointia-akkuteknologialle-250-t.jpgOttaen huomioon elektronien kvantisoidun varastoinnin nanopartikkeleihin kanadalaisen McGill Universityn tutkijat ovat osoittaneet teoreettisesti, että on mahdollista yhdistää kahden toisiaan täydentävän energian varastointimenetelmän edut.

Uutta energian varastointilaitetta suunnitellessaan tutkijat ottavat huomioon sekä kuinka paljon energiaa järjestelmä varastoi (sen energiatiheys) että kuinka nopeasti se latautuu ja purkautuu (sen tehotiheys). Tyypillisesti yhden näistä ominaisuuksista parantaminen heikentää toista.

Nyt Kirk Bevan McGill-yliopistosta ja hänen kollegansa ehdottavat pseudokapasitiiviseksi akuksi kutsuttua laiterakennetta, joka käyttää kvantisoiduksi kapasitanssiksi kutsuttua ilmiötä tuottamaan sekä korkean energiatiheyden että suuren tehotiheyden. Tiimi toteaa, että monet energian varastointisovellukset voisivat hyötyä tällaisesta rakenteesta.

Kondensaattori ja akku ovat kaksi toisiaan täydentävää energian varastointilaitetta. Kondensaattorit latautuvat ja purkautuvat nopeasti, joten ne voivat tuottaa paljon hetkellistä tehoa. Mutta niiden energiatiheys on pieni, koska energiaa voidaan varastoida vain elektrodien pinnoille tuotujen varausten avulla.

Akut puolestaan voivat varastoida energiaa koko tilavuuteensa, mikä antaa niille korkean energiatiheyden mutta kemialliset reaktiot ovat suhteellisen hitaita, joten akut tuottavat vähemmän hetkellistehoa.

Bevanin ja hänen kollegoidensa hahmottelemassa ratkaisussa yhdistyvät kondensaattoreiden ja akkujen edut. Järjestelmä koostuu levynmuotoisista grafeeninanohiukkasista, jotka on asetettu kahden elektrodin väliin. Korkean tehotiheyden saamiseksi ryhmä varastoi elektroneja erillisiin energiatasoihin nanohiukkasten pinnalle, joiden kokoa he pystyivät säätämään siten, että laitteen vaste kohdistettuun jännitteeseen matki kondensaattorin vastetta. Korkean energiatiheyden saavuttamiseksi he täyttivät suuren osan laitteen kahden levyn välisestä tilavuudesta nanohiukkasilla jäljitelläkseen akun energian varastointimenetelmää.

Laskelmat viittaavat siihen, että pseudokapasitiivisten akkujen tehotiheys voisi olla noin 10-20 kertaa suurempi kuin perinteisillä akuilla ilman, että se uhraa merkittävää energiatiheyttä.

Bevan toteaa, että on olemassa joitakin teknisiä haasteita, jotka on voitettava ennen kuin tällainen laite voidaan toteuttaa, mutta hänen tiiminsä laskelmat osoittavat, että tämä on tie johon kannattaa pyrkiä.

Yleisesti ottaen havaintomme osoittavat, että 2D-nanomateriaalit, joilla on kvantisoitu kapasitanssi, tarjoavat lupaavan ja alitutkitun fyysisen akselin sähkökemiallisissa kondensaattoreissa saavuttaakseen erittäin nopean latauksen energiatiheydellä, joka on verrattavissa akkuihin toteavat tutkijat raportissaan.

Aiheesta aiemmin:

Interkalatoitu pseudokapasitanssi

Hybridi- ja superkondensaattoreita

23.09.2023Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla
21.09.2023Terahertsiaaltoja helpommin
20.09.2023Espoosta voi ostaa kvanttitietokoneen
19.09.2023Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa
18.09.2023Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle
16.09.2023Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja
15.09.2023Infrapunavaloa kvanttipisteistä
14.09.2023Kohti täydellisiä optisia resonaattoreita
13.09.2023Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää
12.09.2023Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille
11.09.2023Atomisen tarkkoja antikvanttipisteitä
08.09.2023Outo metalli on nyt vähemmän outo
07.09.2023Yhtä aikaa analoginen ja digitaalinen
06.09.2023Fotoni kuljettaa ja koodaa kvantti-informaatiota
05.09.2023Parempi kyberturvallisuus uudella materiaalilla
04.09.2023Miten valo toimii? Kysy mekaanikolta
01.09.2023Spinin kytkentää kvanttimateriaalissa huonelämpötilassa
31.08.2023Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta
30.08.2023Ledejä piirtäen ja vaihtoehto orgaanisille ledeille
29.08.2023Ioniansoja, fermionprosessori ja kvanttihybridimekaniikkaa
28.08.2023Grafeenin ominaisuuksia grafiittiin
26.08.2023Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri
25.08.2023Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä
24.08.2023Valoa magneetin sisään
23.08.2023Hiilipohjaista kvanttitekniikkaa
22.08.2023Kohti vikasietoisia kubitteja
21.08.2023Kaksiulotteinen aaltojohde valolle
19.08.2023Aurinkokenno toimii kuin kasvin lehti
18.08.2023Seuraava askel neuromorfista laskentaa
17.08.2023Suprajohteita vaikka atomi kerrallaan
16.08.2023Nanoledejä ja kvanttivalosauvoja
15.08.2023Q-piin löytö tuo lisäpotkua kvanttilaskennalle
14.08.2023Ferrosähkömateriaali voisi antaa roboteille lihakset
12.08.2023Anturointia solujen tasolla
11.08.2023Tutka tehostuu kvanttisesti ja interferenssillä
10.08.2023Kesän aikana käännettyä
09.08.2023Uudenlaiset anioneja johtavat kalvot elektrolyysille
08.08.2023Eeroq ja 2000 kubitin prosessori
07.08.2023Datansiirtoa useilla valon väreillä yhdellä laserilla
05.08.2023Lämpöavusteinen havaitseminen eli HADAR
05.08.2023Langatonta energiansiirtoa etäämmälle
03.08.2023Atomikubitteja ja sukkuloivia ioneja
02.08.2023Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee
01.08.2023Muistissa toimivaa langatonta laskentaa
26.07.2023Mikroaaltoisolaattori vaikkapa kvanttitietokoneille
21.07.2023Transistoreita uusille piiriarkkitehtuureille
14.07.2023Askel kohti mekaanisten kubittien toteuttamista
07.07.2023Tehokkaampaa värähtelyenergian talteenottoa
01.07.2023Kvanttitekniikkaa matkapuhelinten salaukseen
22.06.2023Terahertseistä näkyväksi valoksi
21.06.2023Jäljittelee ihmisen näkö- ja muistikykyjä
20.06.2023Älymateriaali haastaa Newtonin liikelain
19.06.2023Säteenjakaja fononeille
17.06.2023Inteliltä kvanttiprosessori
16.06.2023Litteät fullereenifragmentit houkuttelevat elektroneja
15.06.2023Lupaavia rakenneosia kvanttisimulaattoreille
14.06.2023Uusi rakennuspalikka kvanttiteknologialle
13.06.2023Monitoiminen suprajohtava diodi
12.06.2023Tehostusta kvantti-internetille
09.06.2023Aurinkosähköä avaruudesta
08.06.2023Maailman ensimmäinen puutransistori
07.06.2023Vihdoinkin 2D-mikrosiruja
06.06.20233D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja
05.06.2023Femtoskaalan mittauksia
03.06.2023Uusi katalyytti kestävälle vedylle
02.06.2023Skyrmioneja ohjaavia transistoreita
01.06.2023Uusia materiaaleja akuille ja lämpösähköisille
31.05.2023Fotonisiru ilman litografiaa
30.05.2023Kohti trionipohjaisia optisia laitteita
29.05.2023Uusia muistiratkaisuja spineillä ja pyörteillä
27.05.2023Nopeita mikrorobotteja ihmiskehoon
26.05.2023Sähköä ohuesta ilmasta 24/7
25.05.2023Kvanttista vai ei
24.05.2023Uusia näkemyksiä suprajohtavuuden tutkimuksiin
23.05.2023Elektroniaaltojen kuljettama lämpö
22.05.2023Erikoismuotoiltuja kvanttipisteitä
19.05.2023Nanolankaverkko oppii ja muistaa
18.05.2023Kolmiulotteista valon muokkausta
17.05.2023Muunnettavia nanomittakaavan elektronisia laitteita
16.05.2023Atomeja lävistäen ja heitellen
15.05.2023Välikerrokset tehostavat perovskiittikennoja
13.05.2023Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon
12.05.2023Grafeenipohjaisia kvanttipiirejä atomien tarkkuudella
11.05.2023Kohti topologista kvanttilaskentaa
10.05.2023Keinoihot ja tekoäly
09.05.2023Kvanttikomposiitteja sähköisille ja optisille innovaatioille
08.05.2023Salakuuntelu vaikeutuu tai sitten ei
06.05.2023Voiko ET havaita meidät?
05.05.2023Kesytetty valo tarjoaa uusia mahdollisuuksia
04.05.2023Lihonneita kvantikissoja
03.05.2023Van der Waals:lla 2D-materiaaleista 3D-kiteiksi
02.05.2023Topologinen suprajohtavuus ilman suprajohteita
01.05.2023Kaksiulotteisuudella tehostaen
29.04.2023Suprajohteisia moottoriteitä
28.04.2023MEMS, piifotoniikka ja nestekidepisarat
27.04.2023Kvanttivalolähde sirulle ja skaalautuvuutta kvanttipilveen
26.04.2023Grafeenin kvanttipisteet magneettikenttäantureina
25.04.2023Kaksi täysin lomittunutta kudittia
24.04.2023Kurkistetaan transistorin sisälle
22.04.2023Orgaanista ja fluorensoivaa aurinkoenergiaa

Näytä lisää »