Højhastighedsopladningsenhed - succes i højkapacitets grafenbaserede superkondensatorer

Professor Jie Tang, Gruppeleder for 1D Nanomaterials Research Group i Materiale Processing Unit, National Institute for Materials Science, og hr. Qian Cheng, en ph.d.-studerende og NIMS juniorforsker i samme gruppe, er lykkedes med dramatisk at øge energitætheden af ​​superkondensatorer, som bruges til at lagre elektrisk energi.

Professor Jie Tang, Gruppeleder for 1D Nanomaterials Research Group i Materiale Processing Unit, National Institute for Materials Science, og hr. Qian Cheng, en ph.d.-studerende og NIMS juniorforsker i samme gruppe, er lykkedes med dramatisk at øge energitætheden af ​​superkondensatorer, som bruges til at lagre elektrisk energi. Dette blev realiseret ved at udvikle en ny elektrode, hvor grafen nanoplader er stablet i en lagdelt struktur med kulstof nanorør klemt mellem grafenlagene.

Forskellige nye batterier, såsom nikkelmetalhydridbatterier, udvikles i øjeblikket med det formål at opnå højere effektivitet og højere energilagring til elektriske strømforsyninger. Sammenlignet med batterier, kondensatorer har en større udgangseffekttæthed for at muliggøre hurtig opladning, fremragende holdbarhed til at tillade drift i både højere og lavere ekstreme temperaturer, bedre cyklicitet til genopladning gentagne gange over en lang periode, og er også sikrere. Imidlertid, det har været en stor teknisk udfordring at realisere høj energitæthed på grund af den relativt lave specifikke kapacitet af de konventionelle kondensatorenheder.

For at opnå en revolutionerende stigning i tætheden af ​​energilagring, Professor Tang og hendes team, i samarbejde med professor Lu-Chang Qin fra University of North Carolina ved Chapel Hill i USA, har designet og udviklet en grafen-baseret sammensat struktur, hvor grafen bruges som basismateriale for kondensatorelektroderne og carbon nanorør (CNT) indsættes mellem grafenpladerne. I denne struktur tilbyder grafen et langt større specifikt overfladeareal (2630 m ² /g) end de konventionelle materialer, og CNT'erne fungerer som afstandsstykker såvel som ledende baner for at muliggøre adsorption af en større mængde elektrolytioner på grafenoverfladen. Med denne grafen-CNT-komposit som kondensatorelektroder, Professor Tang har opnået en høj energitæthed på 62,8 Wh/kg og udgangseffekttæthed på 58,5 kW/kg ved brug af organisk elektrolyt. Ved at bruge en ionisk væske som elektrolyt, de har opnået en energitæthed på 155,6 Wh/kg, hvilket er sammenligneligt med nikkelmetalhydridbatterier.

Blandt de mange industrielle anvendelser af kondensatorer, de nye kondensatorer, der er udviklet i denne forskning, giver løfter som strømkilder til elektriske og hybride køretøjer, som kræver høj energitæthed. Da de nuværende produktionsprocesser også er billige og kan skaleres op, Der stilles store forventninger til praktiske anvendelser.