DISTRIBUIȚI
Supercapacitorii înmagazinează energie prin adsorția ionilor pe o suprafață poroasă de carbon. Credit: John Griffin

Cercetătorii de la Universitatea Cambridge împreună cu colaboratori francezi din Toulouse au dezvoltat o noua metodă de ”vizualizare” de rezoluție atomică pentru a privi în interiorul dispozitivelor de stocare a energiei din clasa capacitorilor cunoscuți ca supercapacitori. Noua metodă ar putea fi folosită pentru a optimiza și îmbunătății dispozitive din viața de zi cu zi, incluzând mașinile electrice, unde ar putea fi folosite împreună cu baterii de pile pentru a crește performantele autovehiculelor.

Utilizând o combinație de tehnici compuse din tehnica rezonanței magnetice nucleare (RMN) și o balanță de înaltă rezoluție capabilă să măsoare diferențe masice de ordinul unui million dintr-un gram (ppm), cercetătorii au reușit să observe cum se deplasează ionii în materialele electrodice ale unui supercapacitor. Au descoperit că în timpul încărcării, procese diferite au loc în cele două părți identice ale masei de carbon care constituie cei doi electrozi ai acestor dispozitive, în contrast cu simulările computerizate anterioare.  Rezulte s-au publicat in 22 Iunie în revista Nature Materials.

Supercapacitorii sunt utilizați în aplicații care necesită încărcare și eliberare rapidă de energie sunt importante, ca frânarea regenerativă la trenuri și autobuze, lifturi sau macarale. Sunt utilizate de asemenea în blitz-urile din telefoanele mobile ca o tehnologie complementară pentru baterii cu scopul de a conserva energia pentru alte procese electronice esențiale. Este deasemenea utilizat împreună cu o baterie într-o mașină electrică, un supercapacitor este util atunci când se solicită o cantitate mare de energie rapidă de energie de exemplu la depășirea unui alt autovehicul sau pornirea motorului.

Supercapacitorii îndeplinesc funcții similare cu bateriile dar la o putere mult mai mare – ei se încarcă și descarcă foarte repede, spune Dr John Griffin, cercetător postdoctoral în Departamentul de Chimie și autorul principal al articolului. Ei se încarcă mult mai repede ca bateriile, dar din moment ce au o densitate mai mică, rețin mult puțină sarcină, deci încă nu sunt o alternativă viabilă pentru multe aplicații. Fiind capabili să observăm ce se întâmplă în interiorul acestor dispozitive vom putea să controlăm proprietățile, ceea ne va ajuta să le facem mai mici și mai ieftine, devenind o alternativă de putere mare pentru baterii.

În noul studiu, cercetătorii au folosit RMN-ul pentru a privii în interiorul supercapacitorilor aflați în funcțiune pentru a vedea cum se încarcă și înmagazinează energie. De asemenea ei au folosit microbalanță de quartz (QCM) pentru a măsura schimbări în masă mai mici de un milion dintr-un gram. Prin combinarea celor doua seturi de informații, cercetătorii au reușit să construiască un model precis a ceea ce se întâmplă în supercapactior pe durata proceselor de încărcare și descărcare.

Într-o baterie cei doi electrozi sunt materiale diferite, deci procesele electrodice sunt la rândul lor, diferite, spune Griffin. Într-un supercapacitor, cei doi electrozi sunt fabricați din același material, în cazul de față, carbon poros, deci ai crede că același proces are loc la ambii electrozi – dar procesul de încărcare în dispozitivele reale este mult mai complicat decât am preconizat. Teorii anterioare au fost elaborate prin simulări computerizate – nimeni nu a observat acest lucru în realitate!

Experimentele au arătat că cei doi electrozi se comportă diferit.

Acum putem să numărăm exact numărul de ioni implicați în procesul de înmagazinare al energiei și să observăm în detaliu cum este stocată energia, afirmă Griffin. În viitor putem studia cum schimbarea dimensiunilor porilor din electrozi și proprietățile ionilor schimbă mecanismul de încărcare. În acest fel putem combina proprietățile ambilor componenți pentru a maximiza cantitatea de energie stocată.

Următoarea etapa, spune Profesorul C. P. Grey, autorul senior al lucrării, este de a folosii noua abordare pentru a înțelege de ce ionii diferiți se comportă diferit la încărcare, și în final de a proiecta sisteme cu capacității mult mai mari.

Sursă: http://phys.org/news/2015-06-technique-ions-supercapacitor.html

DOI: 10.1038/nmat4318

DISTRIBUIȚI
Articolul precedentNanofilme mai ieftine
Articolul următorPreparea într-o singură etapă a compozitelor Pt/G acoperite cu siliciu, stabile termic
Născut în 1991, la scurt timp după căderea comunismului, încerc să mă adaptez într-o societate care încă este la răscruce de drumuri. Absolvent de Inginerie Chimică în 2014 caut să îmi aprofundez cunoștințele în domeniul chimiei și inginerie chimice. În acest scop, îmi continui studiile ca student masterand și lucrez ca asistent cercetător. În timpul liber îmi place să mă plimb în natură, să gătesc și bineînțeles să citesc și să scriu.

NICIUN COMENTARIU

LĂSAȚI UN MESAJ