Οι υπερπυκνωτές Graphene που δημιουργήθηκαν με τη διαδικασία «παραδοσιακής παραγωγής χαρτιού», ανταγωνίζονται τη χωρητικότητα μπαταρίας μολύβδου-οξέος

Πυκνωτές (όχι γραφενίου)

Οι μηχανικοί υλικών στο Πανεπιστήμιο Monash της Αυστραλίας έχουν επινοήσει μια μέθοδο παραγωγής υπεραισθητοποιητών γραφενίου που έχουν την ίδια ενεργειακή πυκνότητα με την μπαταρία μολύβδου-οξέος κάτω από το καπό του αυτοκινήτου σας. Όχι μόνο αυτοί οι υπερπυκνωτές είναι περίπου 10 φορές πιο πυκνοί σε ενέργεια από τις εμπορικές συσκευές, αλλά η μέθοδος παραγωγής του γραφενίου εντός των υπερκατασκευαστών φαίνεται να είναι καινούργια. Οι μηχανικοί λένε ότι χρησιμοποίησαν μια διαδικασία που είναι παρόμοια με την παραδοσιακή παραγωγή χαρτιού - και ότι θα μπορούσε εύκολα και οικονομικά να κλιμακωθεί για την εμπορική παραγωγή γραφενίου και υπερκαπλών με βάση γραφένιο.

Οι υπερσυμπιεστές είναι ουσιαστικά μικρές μπαταρίες που μπορούν να επαναφορτίσουν και να αποφορτίσουν σχεδόν αμέσως. Ενώ αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια πολύ υψηλή πυκνότητα ισχύος (πολλά βατ), η ενεργειακή τους πυκνότητα είναι γενικά πολύ χαμηλή (watt-ώρες). Για έναν συμβατικό υπερσυμπιεστή, μιλάμε για πυκνότητα ισχύος που είναι 10-20 φορές υψηλότερη από μια συμβατική μπαταρία ιόντων λιθίου ή μολύβδου-οξέος - αλλά από την άλλη πλευρά, η ενεργειακή πυκνότητα είναι 10-20 φορές χειρότερη. Με λίγα λόγια, οι υπερκαταναλωτές είναι φανταστικοί όταν χρειάζεστε μια μικρή έκρηξη ενέργειας - όπως μια γρήγορη έκρηξη επιτάχυνσης από ένα σύστημα ανάκτησης κινητικής ενέργειας ενός αυτοκινήτου (KERS) - αλλά άχρηστο για την τροφοδοσία καθημερινών καταναλωτικών ηλεκτρονικών, όπως το smartphone σας.

Γραφενίου



Το Graphene, ωστόσο, θα μπορούσε να αλλάξει όλα αυτά. Η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται από έναν ηλεκτροχημικό πυκνωτή συνδέεται στενά με την ποσότητα του ηλεκτρολύτη που φέρει φορτίο που έρχεται σε επαφή με τα ηλεκτρόδια. Όσο υψηλότερη είναι η επιφάνεια των ηλεκτροδίων, τόσο περισσότερα ιόντα μεταφοράς φορτίου μπορούν να προσροφηθούν (προσαρτημένα) στα ηλεκτρόδια, αποθηκεύοντας έτσι περισσότερη ενέργεια. Πιθανότατα να δείτε πού πηγαίνει αυτό. Επειδή το γραφένιο είναι η λεπτότερη γνωστή ουσία, είναι ικανό να παρέχει μια εκπληκτικά μεγάλη επιφάνεια. κάπου της τάξης των χιλιάδων τετραγωνικών μέτρων (δηλαδή πολλαπλά γήπεδα τένις) ανά γραμμάριο. Η επιφάνεια είναι τόσο μεγάλη που το γραφένιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία υπεραισθητήρων που γεφυρώνουν το τεράστιο χάσμα ενεργειακής πυκνότητας μεταξύ των supercaps και των μπαταριών, διατηρώντας παράλληλα την τεράστια πυκνότητα ισχύος.

Αυτή είναι η θεωρία. Το πρόβλημα, φυσικά, όπως με όλα τα πράγματα το γραφένιο, είναι ότι εξακολουθεί να είναι πολύ δύσκολο να παραχθεί μαζικά γραφένιο εμπορικής ποιότητας. Οι μηχανικοί της Monash ισχυρίζονται ότι έχουν λύσει αυτό το πρόβλημα, ωστόσο, χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που βασίζεται σε λύση που είναι «παρόμοια με αυτήν που χρησιμοποιείται στην παραδοσιακή παραγωγή χαρτιού». Βασικά, ξεκινούν με οξείδιο γραφίτη (γραφένιο), το οποίο ανάγεται σε χαμηλής ποιότητας νιφάδες γραφενίου χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα υδραζίνης και αμμωνίας. Στη συνέχεια, ο ηλεκτρολύτης και ένας διαλύτης προστίθενται στο μείγμα. Καθώς το μείγμα στεγνώνει, ο πτητικός διαλύτης εξατμίζεται, προκαλώντας την τριχοειδή δράση να απορροφήσει τις νιφάδες γραφενίου μαζί, με τον ηλεκτρολύτη να είναι σφηνωμένος ανάμεσα σε κάθε μία από τις νιφάδες. Τελικά οι μηχανικοί μένουν με κάτι που μοιάζει με ένα μαύρο φύλλο χαρτιού - εκατομμύρια στρώματα γραφενίου, με κλειδωμένα ωοειδή ηλεκτρολύτη μεταφοράς φορτίου.

Γραφενίου

Η τριχοειδής δράση απορροφά τις νιφάδες γραφενίου, δημιουργώντας μια πυκνή δομή παρόμοια με το χαρτί

Όταν διαμορφώνεται σε ηλεκτροχημικό πυκνωτή, αυτό το υλικό που μοιάζει με χαρτί έχει πυκνότητα ογκομετρικής ενέργειας περίπου 60 watt-hour ανά λίτρο (Wh / l), που είναι σχεδόν συγκρίσιμο με μια μπαταρία μολύβδου-οξέος. Διατηρεί περίπου το 90% της χωρητικότητάς του μετά από 50.000 κύκλους φόρτισης / εκφόρτισης και διατηρεί ακόμη και το 90% της φόρτισης μετά από 300 ώρες.

Ο Dan Li, καθηγητής που ηγήθηκε του έργου, λέει: «Δημιουργήσαμε ένα μακροσκοπικό υλικό γραφενίου που είναι ένα βήμα πέρα ​​από αυτό που έχει επιτευχθεί προηγουμένως. Βρίσκεται σχεδόν στο στάδιο της μετάβασης από το εργαστήριο στην εμπορική ανάπτυξη. ' Δεν υπάρχει καμία λέξη για το πότε αυτοί οι πυκνωτές γραφενίου θα κυκλοφορήσουν στην αγορά, αλλά η χημική μείωση με βάση το διάλυμα του οξειδίου του γραφίτη είναι μια από τις πιο πιθανές οδούς εμπορευματοποίησης του γραφενίου.

Copyright © Ολα Τα Δικαιώματα Διατηρούνται | 2007es.com