新发现为环保型超级电容器铺平了道路

安全性、可持续性和可回收性有限是当今锂离子电池技术的主要缺点,同时原材料(例如钴)的供应也受到限制。在寻找用于电动汽车和用于存储可再生能源的替代性电化学储能系统时,一种电池和电容器的组合非常有前途:”混合超级电容器”。它可以像电容器一样快速充放电,并且可以储存几乎与传统电池一样多的能量。与后者相比,它的充放电速度更快,频率更高:锂离子电池的使用寿命达到数千次,而超级电容器的充电周期约为一百万次。

由碳和盐水组成的系统

这种混合型超级电容器的一个特别可持续的,但迄今为止尚未开发的变体由碳和碘化钠水溶液(NaI)组成,其正极为电池电极,负极为超级电容器电极。格拉茨理工大学的研究人员现在更详细地研究了这种超级电容器的电化学储能的工作原理,以及碳电极的纳米级孔隙中发生的情况,并于近日在科学杂志《自然-通讯》上发表了可喜成果。”我们正在详细研究的系统由纳米多孔碳电极和碘化钠水电解质(即盐水)组成。这使得这个系统特别环保、成本效益高、不可燃且易于回收。”Christian Prehal解释说。他是这项研究的第一作者,最近从格拉茨理工大学材料化学与技术研究所调到苏黎世联邦理工学院。

新发现为环保型超级电容器铺平了道路

意想不到的高储能能力

借助小角度X射线散射和拉曼光谱,研究人员能够首次证明在充电过程中在电池电极的碳纳米孔中形成了固态碘纳米颗粒,该纳米颗粒在放电过程中又溶解了。正如Christian Prehal所解释的那样,这纠正了之前怀疑的反应机制,并产生了深远的影响。”纳米孔中固体碘的填充程度决定了电极中能储存多少能量。这使得碘碳电极的储能能力达到了意想不到的高值,通过将所有的化学能量储存在固体碘粒子中。” 这些新的基础知识为混合超级电容器或电池电极开辟了道路,该超级电容器或电池电极具有无与伦比的更高能量密度和极快的充电和放电过程。这种混合电容器已经由Qamar Abbas非常成功地研究并进一步开发了几年,他目前是材料化学与技术研究所的Lise Meitner FWF奖学金获得者,也是该研究的另一位主要作者。

通过有针对性的改进,现在可以将混合超级电容器用作固定存储电能的安全,不易燃,具有成本效益和可持续的替代方案。特别是对于私人家庭的光伏电池储能来说,这可能是一个有吸引力的选择。

获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

电化学储能系统的新研究方法

研究人员在使用的调查方法方面又取得了突破。在拉曼光谱学中,利用光与物质的相互作用来深入了解材料的结构或特性。小角度X射线散射(SAXS)使电化学反应过程中的结构变化变得可见。这两种方法都是在operando中进行的,即在一个专门开发的电化学电池的充电和放电过程中进行。”在电子显微镜和纳米分析研究所(FELMI)和格拉茨理工大学软物质应用实验室,首次在含水NaI电解质的混合超级电容器上进行了operao拉曼光谱和operao SAXS研究。Prehal解释说:”为了进行operando SAXS研究,我们开发了一种用于电池和电化学储能装置的特殊测量电池。这项工作的结果表明,Operando SAXS非常适合在纳米尺度上跟踪超级电容器或电池的结构变化,并在充电和放电过程中直接 “直播”。因此,这种新的研究方法未来可广泛应用于电化学储能领域。

上一篇:

下一篇:


标签