Tiriami nauji didelio našumo kondensatoriai  (0)

Saulės energijos panaudojimo sistemų, naujos kartos elektrinių transporto priemonių bei kitų aplinkai draugiškų technologijų vystymui reikalingas efektyvus energijos saugojimo būdas. Numatoma, kad vienas iš pagrindinių energijos saugojimo įrenginių šiems bei kitiems tikslams pasiekti galėtų būti superkondensatorius, taip pat dar vadinamas elektriniu dvisluoksniu kondensatoriumi.

Saulės energijos panaudojimo sistemų, naujos kartos elektrinių transporto priemonių bei kitų aplinkai draugiškų technologijų vystymui reikalingas efektyvus energijos saugojimo būdas. Numatoma, kad vienas iš pagrindinių energijos saugojimo įrenginių šiems bei kitiems tikslams pasiekti galėtų būti superkondensatorius, taip pat dar vadinamas elektriniu dvisluoksniu kondensatoriumi.

Neseniai atliktame tyrime mokslininkai išnagrinėjo galimybę šio tipo kondensatorių elektrodams panaudoti medžiagą, vadinamą ceolito anglimi (angl. zeolite-templated carbon). Jų nuostabai, ši medžiaga, pasižyminti porine struktūra, stipriai pagerina viso kondensatoriaus veikimą. Mokslininkų grupė iš Tohoku universiteto, esančio Sendai mieste Japonijoje, savo tyrimų rezultatus apie didelio efektyvumo elektrinį dvisluoksnį kondensatorių atspausdino „Journal of the American Chemical Society“ žurnale.

Elektrinis dvisluoksnis kondensatorius saugo elektros energiją pasikraudamas jonais, kurie juda iš junginio gilumos link elektrodų, kur jonai yra adsorborbuojami, tai yra kaupiami elektrodo paviršiuje. Prieš pasiekdami paviršių, jonai turi keliauti per mažytes nanoporas kuo greičiau ir efektyviau. Kuo greičiau jonai juda šiomis kondensatoriaus nanoporomis, tuo didesnė jo pakrovimo ir iškrovimo sparta. Taip pat kuo didesnis adsorbuotų jonų tankis elektrode, tuo didesnį krūvį galima sukaupti, tai yra kondensatoriaus talpa yra didesnė.

Mokslininkai išbandė įvairias medžiagas su įvairiausių dydžių poromis ir besiskiriančias savo vidine struktūra. Pagrindinis tokių eksperimentų tikslas yra pasiekti greitesnį jonų pernešimą bei didesnį jonų adsorbcijos tankį. Iš principo, šie du reikalavimai vienas kitam prieštarauja. Didesnės nanoporos lemia didesnį jonų greitį. Tačiau tai reiškia, kad elektrodų tankis bus mažesnis ir mažiau jonų bus sukaupiama paviršiuje.

„Šiame darbe parodėme, kad galima suderinti iš pirmo žvilgsnio vienas kitam prieštaraujančius dalykus – didelį galios tankį bei didelę talpą, panaudojant ceolito anglį“, - pasakė Hirotomas Nišihara (Hirotomo Nishihara), vienas iš grupės mokslininkų.

Ceolito anglies nanoporos yra apie 1,2 nm skersmens. O tai reiškia, kad jos mažesnės nei daugelio medžiagų, naudojamų elektroduose. Taip pat ceolito anglies nanoporos turi tvarkingą struktūrą, kai kitų medžiagų nanoporos gali būti išsidėsčiusios be tvarkos. Taip nanoporų mažas dydis sudaro sąlygas pasiekti didelį adsorbuotų jonų tankį. Kitas svarbus dalykas yra tvarkinga deimantinė struktūra, leidžianti jonams greitai pereiti nanoporas. Ankstesniame savo tyrime, mokslininkai parodė, kad ceolito anglis, turinti mažesnes nei 1,2 nm skersmens nanoporas, nesuteikia jonams greito judėjimo laisvės. Buvo padaryta išvada, kad reikia parinkti nanoporų diametrą, subalansuojantį kondensatoriaus didelę veikimo spartą bei didelę talpą.

„Mes toliau atliekame bandymus, siekdami ceolito anglies elektroduose padidinti energijos tankį“, - sakė Nišihara. „Jei mums pasiseks sukurti elektrinį dvisluoksnį kondensatorių, tai pritaikius jį nešiojamuosiuose įrenginiuose, pavyzdžiui, mobiliuosiuose telefonuose, įrenginių pakrovimo laikas sutrumpėtų iki kelių minučių. O panaudojus superkondensatorius kartu su elektromobilių baterijomis, pastarųjų gyvavimo laikas pailgėtų“.

Aut. teisės: MokslasPlius
MokslasPlius

(1)
(0)
(1)

Komentarai (0)