Жидкость электролита и в батареях и в суперконденсаторах может быть коррозийной или токсичной и почти всегда легковоспламеняющаяся. Чтобы не отставать от нашей продвигающейся мобильной технологии, устройства аккумулирования энергии подверглись существенному сокращению в процессе проектирования, который оставил их уязвимыми для срывания – как в недавних случаях с устройствами Galaxy Note Samsung – который, когда составлено с присутствием легковоспламеняющейся жидкости электролита, может создать взрывчатую ситуацию.Таким образом вместо огнеопасного решения для электролита, устройство, разработанное Вибхой Калрой, доктором философии, преподаватель в Колледже Дрекселя Разработки и ее команде, использовал толстый богатый ионом электролит геля, поглощенный автономной циновкой пористых углеродных нановолокон, чтобы произвести устройство без жидкости.
Группа, которая включала докторского помощника Калры Сила Simotwo и исследователи Храма Стефани Л.Вандер, доктор философии, и Парамесвара Чиннэм, доктор философии, недавно издала свой новый дизайн для «твердотельного суперконденсатора без растворителя» в американском журнале Chemical Society Applied Materials и Интерфейсы.«Мы полностью устранили компонент, который может загореться в этих устройствах», сказал Калра. «И при этом мы также создали электрод, который мог позволить устройствам аккумулирования энергии стать легче и лучше».Суперконденсаторы – другой тип устройства аккумулирования энергии.
Они подобны батареям, в этом они электростатически держат и выпускают энергию, но в нашей технологии – мобильных устройствах, ноутбуках, электромобилях – они имеют тенденцию служить резервной копией власти, потому что они могут платить свою сохраненную энергию в быстром рывке, в отличие от батарей, которые делают так за длительный период использования. Но, как батареи, суперконденсаторы используют огнеопасное решение для электролита, в результате они уязвимы для утечки и огней.Мало того, что суперконденсатор группы без растворителя – что означает, это не содержит легковоспламеняющейся жидкости – но компактный дизайн также более длителен, и его способность аккумулирования энергии и продолжительность жизни выброса обвинения, в настоящее время лучше, чем сопоставимые устройства используясь.
Это также в состоянии управлять при температурах целых 300 градусами Цельсия, что означает, что это сделало бы мобильные устройства намного более длительными и менее вероятными стать пожароопасностью, должной злоупотребить.«Чтобы позволить промышленно соответствующую толщину электрода и погрузку, мы разработали подобный ткани электрод, состоявший из нановолокон, который обеспечивает четко определенную трехмерную открытую структуру поры для легкого вливания солидного предшественника электролита», сказал Калра. «Электрод открытой поры также свободен от обязательных агентов, которые действуют как изоляторы и уменьшают работу».Ключ к производству этого длительного устройства является подобной волокну структурой электрода, что команда создала использование названного электровращения процесса.
Процесс вносит углеродный предшествующий раствор полимера в форме волокнистой циновки, вытесняя его через вращающееся электрическое поле – процесс, который, на микроскопическом уровне, смотрит что-то как создание сахарной ваты.ionogel тогда поглощен циновкой углеволокна, чтобы создать полную сеть электролита электрода. Его превосходные технические характеристики также связаны с этим уникальным способом объединить решения для электролита и электрод.
Это вызвано тем, что они вступают в контакт по большей площади поверхности.Если Вы думаете об устройстве аккумулирования энергии как о миске корнфлекса, то место, где аккумулирование энергии происходит, примерно, где хлопья встречают молоко – ученые называют это «электрическим двойным слоем».
Это – где проводящий электрод, который хранит электричество, встречает решение для электролита, которое несет электрический заряд. Идеально, в Вашей зерновой миске, молоко пробилось бы через все хлопья, чтобы получить просто правильное покрытие на каждом – не слишком хрустящий и не слишком сырое. Но иногда хлопья накоплены и молоко – или решение для электролита, в случае нашего сравнения – не делает все это путем через, таким образом, хлопья на вершине сухи, в то время как хлопья на основании насыщаются.
Это не хорошая миска хлопьев и его электрохимический эквивалент – электронная пробка по пути к местам активации в электроде – не идеальна для аккумулирования энергии.Твердотельный суперконденсатор Калры похож на измельченную пшеницу помещения в миске вместо кукурузных хлопьев.
Открытая архитектура позволяет молоку проникнуть и покрыть хлопья, во многом как ionogel проникает в циновке углеволокна в твердотельном суперконденсаторе Калры. Циновка обеспечивает большую площадь поверхности для ионов от ionogel, чтобы получить доступ к электроду, который увеличивает способность и улучшает работу устройства аккумулирования энергии. Это также избавляет от необходимости многие материалы лесов, которые являются основными частями формирования физического электрода, но не играют роль в аккумулировании энергии, обрабатывают и вносят хороший бит в общий вес устройства.
«Современные электроды состоят из мелких порошков, которые должны быть смешаны с обязательными агентами и превращены в жидкий раствор, который тогда применен в устройство. Эти переплеты добавляют мертвый вес к устройству, поскольку они не проводящие материалы, и они на самом деле препятствуют его работе», сказал Калра. «Наши электроды автономны, таким образом избавляя от необходимости переплеты, обработка которых может составлять целых 20 процентов стоимости производства электрода».
Следующий шаг для группы Калры будет применять эту технику к производству твердотельных батарей, а также исследовать его заявление на умные ткани.