Komanda sukuria greitą ir nebrangų metodą, skirtą supercapacitorių elektrodams gaminti elektriniams automobiliams, didelės galios lazeriams

Moliuojame šiaudines sienas / molio ir šiaudų namas (Birželis 2019).

Anonim

"Supercapacitors" yra tinkamai pavadintas prietaiso tipas, kuris gali saugoti ir tiekti energiją greičiau nei įprastos baterijos. Jos yra didelės paklausos, įskaitant elektrinius automobilius, belaidžio ryšio ir didelės galios lazerius.

Tačiau norint realizuoti šias programas, superkomponentams reikia geresnių elektrodų, kurie prijungia superkondensatorių prie prietaisų, kurie priklauso nuo jų energijos. Šie elektrodai turi būti greičiau ir pigiau gaminti dideliu mastu, taip pat gali greičiau įkrauti ir iškrauti elektros krūvį. Vašingtono universiteto inžinierių komanda mano, kad jie sukūrė gamybos procesą, skirtą supercapacitorių elektrodų medžiagų gamybai, kuri atitiks šiuos griežtus pramonės ir naudojimo reikalavimus.

Liepos 17 d. Žurnale " Nature Microsystems" ir " Nanoengineering" mokslininkai, vadovaujami UW medžiagų mokslų ir inžinerijos mokslų daktarės prof. Peter Pauzauskie, paskelbė savo supercapacitorio elektrodą ir greitai ir nebrangiai, kaip jie tai padarė. Jų naujas metodas prasideda anglies turinčiomis medžiagomis, kurios išdžiovinamos į mažo tankio matricą, pavadintą oro geliu. Šis airgelis savaime gali veikti kaip neapdorotas elektrodas, tačiau "Pauzauskie" komanda daugiau nei padvigubino savo talpos, ty jos sugebėjimą laikyti elektros krūvį.

Šios nebrangios pradinės medžiagos kartu su supaprastintu sintezės procesu sumažina dvi įprastines kliūtis, trukdančias pramonėje: kaina ir greitis.

"Pramoniniuose taikymuose laikas yra pinigai", - sakė Pauzauskie. "Galime pagaminti pradinius šių elektrodų kiekius valandomis, o ne savaitėmis. Tai gali žymiai sumažinti sintezės sąnaudas, reikalingas didelio našumo supercapacitorių elektrodams gaminti."

Efektyvūs supercapacitorio elektrodai sintezuojami iš anglies turinčių medžiagų, kurios taip pat turi didelį paviršiaus plotą. Pastarasis reikalavimas yra labai svarbus dėl to, kad unikali kompozicija saugo elektros krūvį. Nors įprastinė baterija kaupia elektros krūvį per joje esančias chemines reakcijas, supercapacitor saugo ir atskiria teigiamus ir neigiamus mokesčius tiesiai ant jo paviršiaus.

"Didesni kompresoriai gali veikti daug greičiau nei baterijos, nes jie neapsiriboja reakcijos greičiu arba šalutiniais produktais, kurie gali formuotis", - sakė vienas iš pagrindinių autorių Matthew Limas, Medžiagotyros ir inžinerijos departamento UW doktorantas. "" Supercapacitors "gali labai greitai krauti ir išsikrauti, todėl jie puikiai tenkina tokius" impulsus ".

"Jie turi puikias pritaikymo galimybes, kai savaime baterija yra per lėta", - sakė kolegas autorius Matthew Crane, UW chemijos inžinerijos katedros doktorantas. "Tuo momentu, kai baterija yra per lėta, kad atitiktų energijos poreikius, superkontaktis su dideliu paviršiaus ploto elektrodu gali greitai" spardyti "ir kompensuoti energijos deficitą."

Norint gauti aukšto paviršiaus ploto efektyviam elektrodui, komanda naudojo aerogelus. Tai yra šlapios, gelio formos medžiagos, kurios specialiai apdorojamos džiovinimu ir šildymu, kad pakeistų skystus komponentus oru ar kitomis dujomis. Šie metodai apsaugo gelio 3-D struktūrą, suteikiant jam didelį paviršiaus plotą ir labai mažą tankį. Tai panašu, kad visas Jell-O vanduo būtų išimamas be susitraukimo.

"Viename gramelyje oro gelio yra toks pat plotas kaip vienas futbolo laukas", - sakė Pauzauskie.

Kranas pagamino aerozelius iš gelio formos polimero, kurio sudėtyje yra kartotinių struktūrinių vienetų, sukurtų iš formaldehido ir kitų anglies pagrindu formų sudarytų molekulių. Tai užtikrino, kad jų įtaisas, kaip antai šiandieniniai supercapacitorių elektrodai, sudarytų iš anglies turinčių medžiagų.

Anksčiau Lim įrodė, kad pridėjus graphene, kuris yra anglies lakštas, tik vienas atomas yra storas, į gelį įpūstą gautą aerogelą su superakazatoriaus savybėmis. Tačiau "Lim" ir "Crane" turėjo pagerinti airgel'io našumą ir padaryti sintezės procesą pigesnį ir lengvesnį.

Ankstesniuose Limo eksperimentuose, pridėjus graftelį, oro gelio talpa nepagerėjo. Taigi jie užpildė aerogelus plonais molibdeno disulfido arba volframo disulfido lakštais. Abi chemikalai šiandien plačiai naudojamos pramoniniuose tepaluose.

Tyrėjai apdorojo abiem medžiagomis aukšto dažnio garso bangas, kad suskaidytų juos į plonus sluoksnius ir įtrauktų juos į anglies turinčią gelio matricą. Mažiau nei dvi valandas jie gali sintetinti pilnai užpildytą drėgną gelį, o kiti metodai užtruks daugelį dienų.

Gavę džiovintą, mažo tankio oro gelį, jie sujungė juos su klijais ir dar viena anglies turinčia medžiaga, kad būtų sukurta pramoninė "tešla", kurią Lim galėtų paprasčiausiai išvynioti iki kelių tūkstantųjų colių storio. Jie išpjaustė pusę colio disko iš tešlos ir surinko juos į paprastą monetų elementų akumuliatoriaus korpusą, kad išbandytų medžiagos efektyvumą kaip superakazatoriaus elektrodą.

Elektrodai ne tik buvo greiti, paprasti ir lengvai sintetinti, bet jie taip pat pagamino ne mažiau kaip 127 proc. Talpos talpos vien tik anglies turinčiam aerogelui.

"Lim and Crane" tikisi, kad aerogeliai, kurių tuščiaviduriai molibdeno disulfido arba volframo disulfido lakštai yra apytiksliai 10 - 100 a. Tūriai, būtų net geresni. Tačiau pirmiausia jie norėjo parodyti, kad pakrauti aerogelai būtų greičiau ir pigiau sintetinti - būtinas pramonės produkcijos žingsnis. Koreguojama ateityje.

Komanda mano, kad šios pastangos gali padėti tobulinti mokslą net ir už supercapacitorių elektrodų ribų. Jų oreigelio suspenduotas molibdeno disulfidas gali likti pakankamai stabilus, kad katalizuotų vandenilio gamybą. Ir jų metodas greito gaudymo spąstuose aerogeluose gali būti taikomas didelės talpos baterijoms ar katalizijai.

menu
menu