Алмазы в ваших устройствах

Наше использование аккумуляторных устройств и приборов постоянно растет, что приводит к необходимости в безопасных, эффективных и высокопроизводительных источниках питания.

Поэтому тип устройства накопления электрической энергии, называемый суперконденсатором, в последнее время стал рассматриваться как реальная, а иногда даже лучшая альтернатива обычным широко используемым устройствам накопления энергии, таким как литий-ионные аккумуляторы.

Питание нового поколения для хранения энергии

Суперконденсаторы могут заряжаться и разряжаться намного быстрее, чем обычные батареи, а также продолжать работать гораздо дольше. Это делает их пригодными для целого ряда применений, таких как рекуперативное торможение в транспортных средствах, носимые электронные устройства и так далее.

«Если можно создать высокопроизводительный суперконденсатор, использующий невоспламеняющийся, нетоксичный и безопасный водный электролит, он может быть встроен в носимые устройства и другие устройства, способствуя буму в Интернете вещей», - говорит доктор Такеши Кондо, который является ведущим ученым в недавнем прорывном исследовании в этой области.

Тем не менее, несмотря на их потенциал, в настоящее время суперконденсаторы имеют определенные недостатки, которые препятствуют их широкому использованию. Одна из основных проблем заключается в том, что они имеют низкую плотность энергии; то есть они накапливают недостаточно энергии на единицу площади своего пространства. Ученые сначала попытались решить эту проблему, используя органические растворители в качестве электролита, проводящей среды, внутри суперконденсаторов для повышения генерируемого напряжения (обратите внимание, что квадрат напряжения прямо пропорционален плотности энергии в устройствах накопления энергии). Но органические растворители дорогие и имеют низкую проводимость. Так что, возможно, водный электролит был бы лучше, подумали ученые.

Таким образом, разработка компонентов суперконденсаторов, которые были бы эффективны с водными электролитами, стала центральной темой исследований в данной области.

В вышеупомянутом недавнем исследовании, доктор Кондо и группа из Токийского университета науки и корпорация Daicel изучали возможность использования нового материала, наноалмаза, легированного бором, в качестве электрода в суперконденсаторах. Электроды представляют собой проводящие материалы в батарее или конденсаторе, которые соединяют электролит с внешними проводами для передачи тока из системы.

Выбор материала электродов для этой исследовательской группы был основан на знании того, что легированные бором алмазы имеют широкое потенциальное окно, особенность, которая позволяет накопителю высокой энергии сохранять стабильность во времени. «Мы думали, что суперконденсаторы на водной основе, создающие большое напряжение, могут быть реализованы, если в качестве материала электрода используется проводящий алмаз», - говорит Кондо.

Ученые использовали технику, называемую микроволновое плазменное химическое осаждение паров (MPCVD) для изготовления этих электродов и исследовали их рабочие характеристики, проверяя их свойства. Они обнаружили, что в основной двухэлектродной системе с водным сернокислотным электролитом эти электроды производили намного более высокое напряжение, чем обычные элементы, что приводило к гораздо более высокой плотности энергии и мощности для суперконденсатора.

Кроме того, они увидели, что даже после 10000 циклов зарядки и разрядки электрод оставался очень стабильным. Легированный бором наноалмаз доказал свою ценность.

Вооружившись этим успехом, ученые решились исследовать, будет ли этот электродный материал показывать те же результаты, если электролит будет заменен на насыщенный раствор перхлората натрия, который, как известно, обеспечивает получение более высокого напряжения, чем это возможно с обычным сернокислотным электролитом. И действительно, уже созданное высокое напряжение значительно увеличилось.

Таким образом, как сказал доктор Кондо, «легированные бором наноалмазные электроды нужны водным суперконденсаторам, которые функционируют как устройства накопления энергии, подходящие для высокоскоростной зарядки и разрядки».

Похоже, в ближайшем будущем алмазы могут стать движущей силой нашей электронной и физической жизни! опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet