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

19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie
14.06.2024Energiatehokasta kvanttilaskentaa magnoneilla
13.06.2024Pienenergian keruu tehostuu
12.06.2024Uusia menetelmiä 2D-materiaalien muokkaukseen
11.06.2024Infrapunan kuvaustekniikkaa arkikäyttöön
10.06.2024Kalsiumoksidin kvanttisalaisuus: lähes kohinattomat kubitit
07.06.2024Tehdä sähköä metallista ja ilmasta
06.06.2024Hämä-hämähäkki kiipes elektroniikkaan
05.06.2024Sirutason GHz:n aikakiteitä puolijohteisilla fotonirakenteilla
04.06.2024Ionikuljetuksen hallintaa sinisen energian tulevaisuudelle
03.06.2024Parempia kameroita perovskiitilla
31.05.2024Nanokielet voivat väristä lähes ikuisesti
30.05.2024Tuovatko fononi ja fotoni kvantti-internetin?
29.05.2024Uusi koneoppimisalgoritmi lupaa edistystä tietojenkäsittelyssä
28.05.2024Orgaanisia kaksiulotteisia perovskiitteja
27.05.2024Ilma seostamaan orgaanista elektroniikkaa
24.05.2024Erittäin tehokkaita mikrokondensaattoreita
23.05.2024Kahden kubitin portti FINfet-transistorissa
22.05.2024Mihin fononiikasta onkaan?
21.05.2024Magnetismia 2D-rajalla
20.05.2024Aktiivisen aineen fysiikkaa kvanttijärjestelmiin
17.05.2024Kvanttiversio Hertsin kipinästä
16.05.2024Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota
15.05.2024Säilölaskentaa molekyyleillä ja keinolihaksilla
14.05.2024Muisti ferrosähköisestä ja ferromagneettisesta alueista
13.05.2024Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan
10.05.2024Elektronit vauhdikkaina kaksiulotteisissa polymeereissä
09.05.2024Entistä tehokkaampia dielektrisiä kondensaattoreita
08.05.2024Elektronikanavia ilman resistanssia
07.05.2024Uusia kehitysnäkymiä kvanttitietotekniikalle
06.05.2024Mikrobeja torjuva kuparipinta kosketusnäytöille?
04.05.2024Kuinka valo voi höyrystää vettä ilman lämpöä
03.05.2024Puolijohdemateriaalista paljastuu "yllättävä" piilotoiminta
02.05.2024Äänivärähtelyihin perustuva kvanttimuisti
01.05.2024Joustava ja tehokas DC-muunnin kestävän energian mikroverkkoihin
30.04.2024Valo reagoi magneettikenttään kuin elektroni
29.04.2024Valoa tehokkaammin ja valolla tunnustellen
27.04.2024Aivojen kaltainen tietokone vedellä ja suolalla
26.04.2024Uudenlaisia kondensaattoreita ja keloja
25.04.2024Kvanttielektroniikka grafeenien avulla
24.04.2024Akku ja superkonkka yhteen soppii
23.04.2024Kaareva datalinkki esteitä ohittamaan
22.04.2024Kvanttimateriaali lupaa uutta puhtia aurinkokennoille
21.04.2024Läpimurto lupaa turvallista kvanttilaskentaa kotona
20.04.2024Yksi atomikerros kultaa ja molekyylikorjaaja
19.04.2024Uusia ja yllättäviä topologiota
18.04.2024Kvanttivalo syntyy renkaassa ja lähtee kiertueelle
17.04.2024Fononit ja magnonit kaveraavat
16.04.2024E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti
15.04.2024Valo valtaa alaa magnetismissa
13.04.2024Nanorakenteilla energiaa haihtuvasta vedestä
12.04.2024Bolometrit kubitteja mittaamaan
11.04.2024Kudottavia ohuita puolijohdekuituja
10.04.20242D-antenni tehostaa hiilinanoputkien valontuottoa
09.04.2024Lisää tiedonsiirtokapasiteettia langattomaan viestintään
08.04.2024Korkealaatuisia mikroaaltosignaaleja fotonisirulta
05.04.2024Kahden konstin grafeeni
04.04.2024Kohti utopistisia verkkoja
03.04.2024Lehtipihan hyönteinen inspiroi näkymättömyysrakenteita
02.04.2024Aivojen inspiroima langaton anturijärjestelmä
01.04.2024Uusi energiatehokas mikroelektroninen rakenne
29.03.2024Harppaus kohti valon nopeita tietokoneita
28.03.2024Kertakäyttöiset tekoälyanturit terveyden seurantaan
27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita

Näytä lisää »