Wissenschaftler haben eine Methode zur Herstellung flexibler Superkondensatoren vorgeschlagen, mit denen ein Smartphone in Sekundenschnelle vollständig aufgeladen werden kann

Ein Team von Wissenschaftlern des Zentrums für Nanotechnologie der University of Central Florida (UCF) hat eine neue Methode zur Herstellung flexibler Superkondensatoren entwickelt . Sie sammeln mehr Energie und halten mehr als 30.000 Ladezyklen ohne Schaden stand. Eine neue Methode zur Herstellung von Nanokondensatoren kann zu einer revolutionären Technologie bei der Herstellung von Smartphones und Elektrofahrzeugen werden.

Die Entwickler sind sich sicher: Wenn Sie die üblichen Batterien durch neue Nanokondensatoren ersetzen, wird jedes Smartphone in wenigen Sekunden vollständig aufgeladen. Der Besitzer denkt möglicherweise nicht alle paar Stunden darüber nach, wo das Smartphone aufgeladen werden soll: Das Gerät wird eine Woche lang nicht entladen.

Jeder Smartphone-Besitzer hat ein unlösbares Problem: Ungefähr 18 Monate nach dem Kauf wird der durchschnittliche Akku immer weniger aufgeladen und verschlechtert sich schließlich. Um dieses Problem zu lösen, untersuchen Wissenschaftler das Potenzial von Nanomaterialien zur Verbesserung von Superkondensatoren. Auf lange Sicht können sie Batterien in elektronischen Geräten unterstützen oder sogar ersetzen. Dies ist ziemlich schwierig zu erreichen: Damit ein Ionistor so viel Energie wie eine Lithium-Ionen-Batterie transportiert, muss er die übliche Batteriegröße deutlich überschreiten.

Das UCF-Team experimentierte mit kürzlich entdeckten zweidimensionalen Materialien mit einer Dicke von mehreren Atomen - dünnen Filmen aus Übergangsmetalldichalkogeniden ( TMDs ). Andere Wissenschaftler haben versucht, mit ihnen zu arbeitenGraphen und andere zweidimensionale Materialien , aber es kann nicht gesagt werden, dass diese Versuche recht erfolgreich waren.

Zweidimensionale Dichalkogenide von Übergangsmaterialien sind aufgrund ihrer Schichtstruktur und großen Oberfläche ein vielversprechendes Material für kapazitive Superkondensatoren. Frühere Experimente zur Integration von TMDs mit anderen Nanomaterialien verbesserten die elektrochemischen Eigenschaften der ersteren. Solche Hybride hielten jedoch einer ausreichenden Anzahl von Wiederaufladezyklen nicht stand. Dies war auf eine Verletzung der strukturellen Integrität der Materialien an den Verbindungsstellen und auf eine zufällige Anordnung zurückzuführen.

Alle Wissenschaftler, die auf die eine oder andere Weise versuchten, vorhandene Technologien zu verbessern, stellten sich die Frage: „Wie können zweidimensionale Materialien mit vorhandenen Systemen kombiniert werden?“. Das UCF-Team entwickelte dann einen einfachen chemischen Syntheseansatz, mit dem vorhandene Materialien erfolgreich in zweidimensionale Metalldichalkogenide integriert werden können. Dies wurde vom Hauptautor der Studie Eric Jung angegeben.

Jungs Team entwickelte Superkondensatoren, die aus Millionen von Nanometerdrähten bestehen, die mit Übergangsmetalldichalkogeniden beschichtet sind. Ein hochleitfähiger Kern bietet einen schnellen Elektronentransfer für schnelles Laden und Entladen. Die gleichmäßige Hülle aus zweidimensionalen Materialien zeichnet sich durch hohe Energieintensität und spezifische Leistung aus.

Wissenschaftler sind sich sicher, dass zweidimensionale Materialien breite Perspektiven für Energiespeicherelemente eröffnen. Bis die UCF-Forscher einen Weg fanden, die Materialien zu kombinieren, war es jedoch nicht möglich, dieses Potenzial auszuschöpfen. "Unsere Materialien, die für kleine elektronische Geräte entwickelt wurden, haben herkömmliche Technologien in Bezug auf Energiedichte, Leistungsdichte und zyklische Stabilität auf der ganzen Welt übertroffen", sagte Dr. Nitin Chudhari, der eine Reihe von Studien durchführte.

Die zyklische Stabilität bestimmt, wie oft ein Akku geladen, entladen und wieder aufgeladen werden kann, bevor er sich zu verschlechtern beginnt. Moderne Lithium-Ionen-Batterien können ohne größere Fehlfunktionen etwa 1,5 Tausend Mal aufgeladen werden. Der neu entwickelte Superkondensator-Prototyp hält mehreren tausend solcher Zyklen stand. Der zweidimensionale Schalenionistor verschlechterte sich auch nach 30.000-maligem Aufladen nicht. Jetzt arbeiten Jung und sein Team daran, eine neue Methode zu patentieren.

Nanokondensatoren können in Smartphones, Elektrofahrzeugen und sogar in beliebigen elektronischen Geräten verwendet werden. Sie könnten den Herstellern helfen, von den plötzlichen Änderungen von Leistung und Geschwindigkeit zu profitieren. Da die Ionistoren sehr flexibel sind, eignen sie sich für tragbare Elektronik und Technologie.

Trotz aller Vorteile des neuen Superkondensators ist die Entwicklung noch nicht kommerzialisierbar. Dennoch könnte diese Studie ein weiterer wichtiger Impuls für die Entwicklung der Hochtechnologie sein.

Wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht in der Zeitschrift ACS Nano 12. Oktober 2016
DOI: 10.1021 / acsnano.6b06111

Source: https://habr.com/ru/post/de399295/