استعراض

مؤخرا، قام فريق البحث الياباني من جامعة نورث إيسترن تطوير المواد الجديدة التي يمكن استخدامها في تصنيع أعلى فائقة الجهد مكثف التشغيل وأكثر استقرارا من غيرها من المواد.

خلفية

اليوم، المزيد والمزيد من الاهتمام للحفاظ على الطاقة وحماية البيئة. كجهاز تخزين الطاقة الجديدة، مكثف السوبر (Supercapacitor) أثار قلقا واسع النطاق.

سوبر مكثف، المعروف أيضا باسم مكثفات كهربائية، الكهربائية المكثفات طبقة مزدوجة، مكثف الذهب، مكثف فاراد هو جهاز تخزين الطاقة الكهروكيميائية عن طريق الاستقطاب بالكهرباء من 1970s والثمانينات المتقدمة. بل هو نوع واحد مشترك من المكونات بين مكثف والبطارية موسط، لأنه لا تفاعل كيميائي في أثناء التخزين، بحيث مكثف يمكن شحنها وتفريغها تصل إلى مئات الآلاف.

A مكثف السوبر وجود القطب الموجب والقطب السالب، فاصل بين اثنين من أقطاب طبقة لالمنحل بالكهرباء تملأ الكهربائي التي يسهل اختراقها وجود مساحة أكبر بين الإيجابية والأقطاب السالبة والفاصل لالمنحل بالكهرباء تهمة الامتزاز، لذلك أن قدرة يمكن أن يكون تحقيق عظيم.

المبدأ سوبر مكثف التخطيطي الرسم البياني (المصدر: ويكيبيديا)

سوبر مكثف لديه منخفضة التكلفة، وانخفاض درجة الحرارة، وارتفاع كثافة الطاقة، شحن سريع سرعة، وحياة طويلة، ومزايا صديقة للبيئة. وفقا لذلك، يمكن تطبيق مكثف سوبر لعدد من المجالات، مثل السيارات، جهاز يمكن ارتداؤها، والطبية، الطاقة الاحتياطية، والأجهزة الميكانيكية، مثل متر الذكية.

مع فائق الهجين مكثف سباق تويوتا TS040 (المصدر: ويكيبيديا)

الطباعة على المنسوجات ultracapacitors الجرافين (المصدر: جامعة مانشستر)

ولكن في متطلبات أعلى كثافة الطاقة، ويعد سيناريو دورة العمل، قد تكون فائقة مكثف بعض أوجه القصور. أولا، وكثافة الطاقة المنخفضة، سوبر كثافة الطاقة مكثف حوالي 20 من معظم البطاريات، مما يعني أن نفس سعة التخزين، حجم المكثفات الفائقة لتكون أكبر بكثير من البطارية، وثانيا، الضغط المنخفض، الحالية سوبر مكثف الجهد هو أقل بكثير من المكثفات العادية، والجهد من حوالي 1 فولت إلى 3 فولت، لا يفضي إلى قيادة الأجهزة عالية القوة.

لفترة طويلة، كان العلماء لتلبية طلبات كثيفة الاستهلاك للطاقة (مثل السيارات) ultracapacitors بحاجة للعثور على المواد عالية الأداء. قال جامعة توهوكو المواد عالم اليابان، Hirotomo Nishihara ذات الصلة شارك في تأليف ورقة: "لقد وجدنا لا المادية فقط ولكن أيضا لتشغيلها في بيئات قاسية في الجهد العالي، مما يشكل تحديا للغاية."

ابتكار

مؤخرا، قام فريق البحث الياباني من جامعة نورث إيسترن تطوير المواد الجديدة التي يمكن استخدامها في تصنيع أعلى فائقة الجهد مكثف التشغيل وأكثر استقرارا من غيرها من المواد. الدراسة التي نشرت مؤخرا في مجلة "الطاقة والعلوم البيئية (الطاقة وعلوم البيئة)".

(المصدر: مرجع [2])

Nishihara وزملاؤه في التعاون مع شركات تصنيع مكثف السوبر (TOC مكثف شركاه) تطوير المواد الجديدة، التي تضم الاستقرار عالية جدا في درجات الحرارة العالية والظروف الجهد العالي.

تكنولوجيا

تقليديا، القطب مكثف سوبر المستخدم هو الكربون المنشط، ولكن بناء السعة وحدة وحدة منخفضة الجهد الأساسية قد حد من تطبيق هذه المكثفات الفائقة. وهذا يعني أن عددا كبيرا من الخلايا يجب أن تكون مكدسة معا لتحقيق الجهد المطلوب. مفتاح، والمواد الجديدة وجود أعلى خلية الجهد، ويمكن أن تقلل من عدد من مكدسة، مما يجعل الجهاز أكثر إحكاما.

وضعت ورقة GMS ربط اثنين من الصمام سوبر مكثف (المصدر: Hirotomo Nishihara)

وتتكون مواد جديدة من الجرافين الإسفنج mesoporous المستمر (مادة تحتوي على النانو الكربونية المسام) إطار ثلاثي الأبعاد. الميزة الرئيسية لهذه المواد هي السلس: أنه يحتوي على كمية صغيرة جدا من حافة الكربون (التآكل المحلية الناتجة عن رد فعل)، مما يجعله مستقرا جدا.

الباحثون باستخدام المجهر الالكتروني وسلسلة من الاختبارات البدنية (بما في ذلك حيود الأشعة السينية والتحليل الطيفي الذبذبات) لدراسة الخواص الفيزيائية للمادة الجديدة. يتم تنشيطها أيضا من الإشارة المقارنة، فإن المواد القائمة على الجرافين التجارية اختبارها، بما في ذلك أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار، والحد من أكسيد الجرافين، الجرافين ثنائية الأبعاد.

تكنولوجيا

وهي تظهر، في حل بالكهرباء العضوية التقليدية لهذه المواد في "60 C درجة الحرارة و 3.5 فولت عالية الجهد" الشرط، و "25 C مع 4.4 فولت" الظروف، لديها استقرار ممتاز. وعلاوة على ذلك، أن لديها 2.7 مرة أعلى من الظروف كثافة التقليدية تنشيط الطاقة المواد الكربونية بنسبة 4.4 فولت. وقال Nishihara: "هذا هو استقرار التيار الكهربائي القياسي العالمي من المواد الكربونية في المكثفات الفائقة متماثل."

هذه المادة الجديدة هي تطوير دائم للغاية من المكثفات الفائقة، مهد الجهد العالي الطريق، واستخدامها في العديد من المجالات بما في ذلك السيارات، بما في ذلك.

الكلمة

مكثف السوبر، والسيارات، الجرافين

المواد المرجعية

[1] https://www.tohoku.ac.jp/en/press/press20190207_new_materials.html

[2] كيتا نومورا، Hirotomo Nishihara، ناويا كوباياشي، توشيهيرو آسادا، تاكاشي Kyotani 4.4 V المكثفات الفائقة على أساس ورقة الكربون mesoporous فائقة مستقر مصنوعة من خالية من حافة جدران الجرافين الطاقة وعلوم البيئة، 2019، دوى: 10.1039 .. / C8EE03184C