Højtydende kondensator kan føre til bedre genopladelige batterier

(PhysOrg.com) -- For at udvikle næste generations elektriske køretøjer, solenergisystemer, og andre rene energiteknologier, forskere har brug for en effektiv måde at lagre energien på. En af de vigtigste energilagringsenheder til disse applikationer og andre er en superkondensator, også kaldet en elektrisk dobbeltlagskondensator. I en nylig undersøgelse, videnskabsmænd har undersøgt muligheden for at bruge et materiale kaldet zeolit-skabelon carbon til elektroden i denne type kondensator, og fandt ud af, at materialets unikke porestruktur i høj grad forbedrer kondensatorens samlede ydeevne.

Forskerne, Hiroyuki Itoi, Hirotomo Nishihara, Taichi Kogure, og Takashi Kyotani, fra Tohoku University i Sendai, Japan, har offentliggjort deres resultater om den højtydende elektriske dobbeltlagskondensator i et nyligt nummer af Journal of the American Chemical Society .

For at lagre energi, den elektriske dobbeltlagskondensator oplades af ioner, der migrerer fra en masseopløsning til en elektrode, hvor de adsorberes. Før du når elektrodens overflade, ionerne skal rejse gennem smalle nanoporer så hurtigt og effektivt som muligt. I bund og grund, jo hurtigere kan ionerne bevæge sig ned ad disse stier, jo hurtigere kan kondensatoren oplades, resulterer i en høj ydeevne. Også, jo større er den adsorberede iontæthed i elektroden, jo større ladning kan kondensatoren lagre, hvilket resulterer i en høj volumetrisk kapacitans.

For nylig, forskere har testet materialer med porer i forskellige størrelser og strukturer for at forsøge at opnå både hurtig iontransport og høj adsorptionsiondensitet. Men de to krav er noget modstridende, da ioner kan rejse hurtigere gennem større nanoporer, men store nanoporer gør elektrodetætheden lav og reducerer dermed den adsorberede iontæthed.

"I dette arbejde, vi har med succes demonstreret, at det er muligt at opfylde de to tilsyneladende modstridende krav, høj effekttæthed og høj volumetrisk kapacitans, med zeolit-skabelon kulstof, ” fortalte Nishihara PhysOrg.com .

Det zeolitformede kulstof består af nanoporer, der er 1,2 nm i diameter (mindre end de fleste elektrodematerialer), og som har en meget ordnet struktur (hvorimod andre porer kan være uordnede og tilfældige). Nanoporernes lille størrelse gør den adsorberede iontæthed høj, mens den ordnede struktur – beskrevet som en diamantlignende ramme – gør det muligt for ionerne hurtigt at passere gennem nanoporerne. I en tidligere undersøgelse, forskerne viste, at zeolit-skabelon kulstof med nanoporer mindre end 1,2 nm ikke kan muliggøre hurtig iontransport, hvilket tyder på, at denne størrelse kan give den optimale balance mellem højhastighedsydelse og høj volumetrisk kapacitans.

I test, det zeolitformede kulstofs egenskaber oversteg egenskaberne for andre materialer, demonstrerer dets potentiale til at blive brugt som en elektrode til højtydende elektriske dobbeltlagskondensatorer.

"Vi forsøger nu yderligere at øge energitætheden af ​​det zeolit-formerede kulstof op til det samme niveau af sekundære batterier, " sagde Nishihara. "Hvis en sådan elektrisk dobbeltlagskondensator udvikles og bruges til mobile enheder, såsom mobiltelefoner, deres opladningstid kan forkortes til kun et par minutter. En anden vigtig fremtidig anvendelse af elektriske dobbeltlagskondensatorer er en understøttelse af sekundære batterier i elektriske køretøjer for at forlænge batteriets levetid. Også til dette formål, at opnå en højere energitæthed er et af nøglespørgsmålene."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.