Ny produktionsproces for NiO/Ni nanokompositelektroder til superkondensatorer

(PhysOrg.com) -- Omstilling til vedvarende energikilder som vind og sol er kun et spørgsmål om tid. Fordi vind- og solstråling varierer i styrke, stigningen i vedvarende energikilder vil medføre betydelige udsving i elnettet. Disse skal absorberes af energilagringssystemer. Dette behov kunne opfyldes af en enhed kendt som en superkondensator.

John Q. Xiao og hans team ved University of Delaware (Newark, USA) har nu udviklet en ny proces til fremstilling af elektroder lavet af nikkeloxid/nikkel nanokompositter til elektrokemiske superkondensatorer. Som forskerne rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie , deres proces er enkel og omkostningseffektiv, og kunne skaleres op til industrien.

Superkondensatorer kombinerer fordelene ved konventionelle kondensatorer og batterier:Ligesom en kondensator, de kan hurtigt levere høje strømtætheder efter behov; som et batteri, de kan lagre en stor mængde elektrisk energi. Superkondensatorer består af elektrokemiske dobbeltlag på elektroder, når de fugtes med en elektrolyt. Når en spænding påføres, ioner med modsat polaritet samles ved begge elektroder, danner hvisketynde zoner af immobile ladningsbærere.

Problemet er, at de fleste processer til fremstilling af de nødvendige nanostrukturerede elektroder enten er for følsomme til at fungere i industriel skala eller kræver tilsætning af stoffer, der senere forstyrrer elektrodernes funktion. Nogle gange er materialernes elektriske modstand for høj. Xiaos team har nu udviklet en ny proces til produktion af elektroder fra en nikkeloxid/nikkel nanokomposit, der kan overvinde disse forhindringer.

Forskerne producerer først nikkelnanopartikler. højtkogende polyalkoholer, kendt som polyoler, tjene som reaktionsmedium. Disse dækker frøkrystallernes vækstoverflader, danner små sfæriske partikler. Nanopartiklerne presses derefter sammen til pellets og aflejres på den ene side af en meget tynd platinplade, som senere fungerer som den nuværende samler. Udglødning ved 250 °C danner et lag af nikkeloxid (NiO) omkring pelleten, som er det faktiske aktive lag af superkondensatoren. Dette resulterer i kompakt, stabil, meget porøse Ni/NiO elektroder, der ikke kræver en støtte. Kaliumhydroxid tjener som elektrolyt.

Under opladningsprocessen, Åh ^– ioner er bundet til NiO, afgiver elektroner. Processen vendes, når den lagrede elektriske energi trækkes ud som strøm. Dets høje granularitet giver materialet et stort indre overfladeareal, giver gode diffusionsveje for ionerne. På samme tid, metalpartiklernes ledende netværk opretholdes, hvilket er vigtigt for høj elektrisk ledningsevne. Disse karakteristika er årsagen til elektrodernes overraskende høje kapacitet samt deres høje effekttæthed og strømtæthed under opladnings-/afladningscyklusserne.