Версия для слабовидящих
От ореховых скорлупок к сверхъемкости Печать Email
Новости об инновациях
22.12.2014

Рисунок из Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c4ee02986k. Рисунок из Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c4ee02986k.

Новое исследование позволило ученым из Канады создать гибридный натрий-ионный конденсатор [sodium ion capacitor (NIC)] из скорлупы арахисовых орехов. Новое устройство является промежуточным звеном, которое располагается между обычными ионными аккумуляторами и суперконденсаторами в линейке систем запасания электроэнергии.

Гибридный ионный аккумулятор способен как к электростатическому, так и электрохимическому запасанию заряда, что делает его устройством, обладающим свойствами и традиционных аккумуляторов, и суперконденсаторов.

Как отмечает возглавлявший исследование Дэвид Митлин (David Mitlin) из Университета Альберты, зачастую рабочая производительность аккумуляторов ограничивается дизайном и свойствами катода, поэтому в последнее время осуществляются попытки заменить катоды, обычно применяющиеся в элементах питания, на более характерные для суперконденсаторов.

Митлин добавляет, что

такие катоды могут существенно увеличить количество циклов зарядки/разрядки источников питания.

Дело в том, что

в натрий-ионном конденсаторе ионы адсорбируются на поверхности катода, и это позволяет избежать разрушения электрода, свойственного для ионных аккумуляторов и происходящего из-за абсорбции ионов – переносчиков тока объемом катода. Таким образом, увеличение площади поверхности катодного материала является важным элементом для увеличения производительности устройств, запасающих электроэнергию.

В таком случае как оболочка арахиса может использоваться в качестве прекурсора катодного материала? Митлин подчеркивает, что это простой и дешевый материал, практически не находящий промышленного применения и чаще всего оканчивающий свою жизнь на свалках. Тем не менее, выбор арахисовой шелухи в качестве сырьевой базы был не случаен – исследователи выяснили, что как внешняя, так и внутренняя части скорлупок от арахисового ореха отличаются важными структурными характеристиками, которые могут позволить применять их и в качестве катодных, и в качестве анодных материалов.

Внутренняя часть скорлупы, обладающая относительной однородностью и состоящая главным образом из лигнина, структурные элементы которого отличаются большой степенью поперечной сшивки, подходит для изготовления слоев графена, способного к интеркаляции больших по диаметру ионов натрия и работы в качестве анода. Основой катода нового устройства стал графеноподобный материал, отличающийся высокой площадью поверхности. Это вещество было получено из внешней оболочки скорлупы арахиса, менее однородной по структуре и состоящей преимущественно из целлюлозы.

Правильный подбор прекурсоров подчеркивается еще и тем, что прототип устройства, оба электрода которого изготавливались из одного и того же материала, демонстрировал весьма низкую производительность. Оптимизированная же система сохраняла 88% своей исходной производительности после 100000 циклов зарядка/разрядка и демонстрировала плотность тока 51.2 А/г – такие характеристики вполне позволяют новой системе соперничать с коммерчески доступными литий-ионными аккумуляторами.

Непростой задачей, которую пришлось решить исследователям при разработке нового устройства, было его совмещение с ионами натрия, так как его радиус превосходит радиус иона Li+. Тем не менее, ответ на данный вопрос был найден, и трудности, возникшие при его решении, оправдались – натрий значительно дешевле лития и более прост в обращении.

Специалисты по дизайну и разработке аккумуляторов и конденсаторов высоко оценивают результаты работы канадских коллег, в первую очередь приветствуя использование биоматериалов для создания катода и анода, однако предостерегают, что путь новой разработки от лаборатории до выхода на рынок может оказаться долгим – слишком много факторов необходимо учитывать для организации коммерческого производства «натрий-арахисовых аккумуляторов».

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2014/ot-orekhovykh-skorlupok-k-sverkhemkosti

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта