Yeni Süperkapasitörün Yüksek Performansı
Fotoğraf: Teknoloji harikası yapısal enerji depolamanın ötesinde çok fonksiyonlu yarı-katı hal çinko-iyon hibrid süperkapasitörler.
Çok fonksiyonlu enerji depolamada uygulamaları olan bir antifriz yarı-katı hal çinko-iyon hibrit süper kapasitör (ZIHSC), Materials Today Physics‘te ön deneme olarak bulunan bir makaleye göre geliştirilmiştir.
Azot katkılı karbon nanofiberlerin kullanımı, mekanik ve gerilebilme özelliklerinin uygulanabilir bir şekilde geliştirilmesine yol açar.
Enerji Depolama Talebinde Neden Artış Oldu?
Sanayi devriminden bu yana, toplum daha verimli teknolojilere doğru ilerliyor. Elektrikli otomobillerin, taşınabilir cihazların ve giyilebilir teknolojinin hızla benimsenmesi ve kullanılması nedeniyle, daha ekonomik enerji depolama sistemlerine önemli bir gereksinim vardır.
Ağ örgüsü düzeyinde kütle ve hacim azaltımı elde etmenin bir yöntemi olarak diğer işlevleri de yerine getirebilecek güç depolama maddeleri oluşturmaya yönelik bir baskı olmuştur. Yapısal bir batarya veya süper kapasitör (SC), aynı anda hem enerji depolayabilen hem de ağırlığı koruyabilen çok amaçlı bir malzemeye örnektir.
Katmanlı Süperkapasitörler Nedir?
Çeşitli enerji depolama sistemleri arasında, çok katmanlı (lamine edilmiş) yapıya sahip SC’ler, üstyapı güç cihazları olarak kullanım için yüksek bir potansiyele sahiptir. SC’lerin istifleme çerçevesi enerji tasarrufu için gerekli olsa da basınca dayanabilecek yapısal özellikler oluşturmak için de kullanılabilir.
Enerji depolama açısından kıyaslandığında, SC’lerdeki enerji ağırlıklı olarak elektrot-elektrolit arayüzünde elektriksel çift katmanların (EDL) oluşturulmasıyla depolanır ve elektrotlara çok az iyon taşınır. Sonuç olarak, güç depolamanın lokalizasyonu kesişim noktasına yansıtılır ve pili şarj ederken ve boşaltırken güçten ödün veren önemli ölçüde daha az iç basınca neden olur.
Hibrit Çok Fonksiyonlu Malzeme İhtiyacı
Çok işlevli kompozitler tasarlama uğraşı, her işlevselliğin kristal yapılara olan özel bağımlılığı nedeniyle kristal yapı, işlevler ile her zaman uyum içindedir. Elektrot özellikleri, özellikle yapılandırılmış SC’ler için, iletkenlerin spesifik yüzey alanına (SSA) önemli ölçüde bağlıdır. Sonuç olarak, uygun bir termomekanik özellik dengesine sahip çok amaçlı bir kompozit malzeme oluşturmak zor bir görev olarak kalmıştır.
Karbon Türevlerinin Kullanımı
Karbon bazlı nanopartiküller, eloksallı(anodize edilmiş) nanoyapılar ve iyi mekanik ve elektrolitik özelliklere sahip süper iletkenler son zamanlarda yapısal SC’ler yapmak için kullanılmıştır.
Yapısal-elektrokimyasal değişiminisi çözmek için kullanılan bazı malzemeler arasında grafen, karbon nanotüpler (CNT’ler) ve karbon fiber bazlı iletkenler bulunur. Bu tür yapılandırılmış pillerin ve SC’lerin güç yoğunluğu, anlamlı kullanım için gereken önem seviyesinin oldukça altında kalmaktadır.
Çinko (Zn)-iyon hibrid süper kapasitörler (ZIHSC’ler), 5855 mAh/cm3‘lük olağanüstü bir akış hızına özgü kapasite, 823 mAh/g’lik özgül ağırlık özel kapasitesi ve düşük redoks potansiyeli (0.76 V) gibi elverişli elektrokimyasal davranışları nedeniyle büyük ilgi görmüştür.
ZIHSC’ler aynı zamanda uygun maliyetli ve çevre dostudur. Tek yönlü azot katkılı yüksek gözenekli karbon nanofiberlerden (N-CNF) ve aktifleştirilmiş yüksek gözenekli karbon nanofiberlerden (A-CNF) yapılırlar.
Sistemik ZIHSC’lerin genel etkinliğini optimize etmek için mükemmel mekanik ve elektriksel özelliklere sahip bir katot maddesi de gereklidir.
Araştırma Bulguları
Araştırma ekibi tarafından olağanüstü elektrolitik özelliklere sahip çok güçlü, sağlam ve esnek ZIHSC’lerin üretimi için uygun maliyetli bir teknik geliştirilmiştir.
Elde edilen güç yoğunluğu, lityum-iyon pillerinkiyle kıyas götürür nitelikteydi ve dinamik nitelikler, mevcut enerji depolama konfigürasyonlarının en dayanıklı, en kararlı ve en kuvvetlileri arasındaydı.
Öncülün sıcak çekiminin, yüksek spesifik yüzey alanı yönelimini iyileştirmek ve birimsel CNF keçeleri üretmek için etkili bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir.
Mekanik nitelikler, akma gerilimi ve enerji depolama kapasiteleri arasında en az miktarda risk ile kontrol edilebilir
Hazır yapısal ZIHSC’ler, 113.1 Wh / kg’lık bir pil seviyesi özgül ağırlık enerji yoğunluğuna ve yapısal olarak en verimli SC’lerin neredeyse iki katı olan 300.0 Wh / cm2‘lik mükemmel bir bölgesel güç yoğunluğuna sahiptir.
Donma koşullarında üstün elektrokimyasal özellikler, donmaya dayanıklı bir elektrolit kullanılarak elde edildi. 7500 döngüden sonra, N-CNF katotlu ZIHSC’ler, özelleşmiş ve mekansal üstün enerji yoğunluklarının yanı sıra iyi döngü ömrü gösterdi.
Bu çalışma, olağanüstü yüksek gravimetrik ve alan enerjisi içeriğine ve cazip gerilme direnci özelliklerine sahip yeni bir sistemik güç depolama cihazı çağının üretilmesi için endüstriyel bir tekniği temsil etmektedir.
Kaynak: azonano.com
