Возмещение этого обещания является тем, что, в то время как у суперконденсаторов есть потенциал, чтобы зарядить быстрее и продлиться дольше, чем обычные батареи, они также должны быть намного больше в размере и массе, чтобы держать ту же самую электроэнергию как батареи. Таким образом многие ученые работают, чтобы разработать зеленые, легкие, недорогие суперконденсаторы с высокой эффективностью.
Теперь два исследователя от С.Н. Боза Национальный Центр Фундаментальных наук, Индии, разработали новый суперконденсаторный электрод на основе гибридной наноструктуры, сделанной из гибридной раковины внешности окисной окиси железа никеля и проводящего ядра железного никеля.
В работе, опубликованной на этой неделе в Журнале Прикладной Физики, от AIP Publishing, исследователи сообщают о методе фальсификации гибридного электрода наноструктуры. Они также демонстрируют его превосходящую работу по сравнению с существующими, негибридными суперконденсаторными электродами.
Так как окись никеля и окись железа – экологические дружественные и дешевые материалы, которые широко доступны по своей природе, новый электрод обещает зеленые и недорогие суперконденсаторы в будущем.«Этот гибридный электрод показывает превосходящую электрохимическую работу с точки зрения высокой емкости [способность сохранить электрическое обвинение] почти 1415 жила за грамм, плотность тока высокого напряжения 2,5 ампер за грамм, низкоомную и мощную плотность», сказал Ашутош К. Сингх, основной исследователь в Отделе Физики Конденсированного вещества и Материальных Наук в С.Н. Бозе Национальный Центр Фундаментальных наук. «У этого также есть долгосрочная стабильность езды на велосипеде, другими словами, электрод мог сохранить почти 95 процентов начальной емкости после езды на велосипеде или зарядки и освобождения 3,000 раз».
Обещание суперконденсаторовСуперконденсаторы – электронные устройства, используемые, чтобы сохранить чрезвычайно большую сумму электрических обвинений.
Они также известны как электрохимические конденсаторы, и они обещают мощную плотность, способность высокого показателя, превосходную стабильность цикла и высокую плотность энергии.В устройствах аккумулирования энергии, храня электрическое обвинение назван «плотностью энергии», различием от «плотности энергии», которая относится к тому, как быстро энергия поставлена. У обычных конденсаторов есть мощная плотность, но низкая плотность энергии, что означает, что они могут быстро зарядить и освободить от обязательств и выпустить взрыв электроэнергии в скором времени, но они не могут держать большую сумму электрических зарядов.
Обычные батареи, с другой стороны, являются противоположным. Они имеют высокую плотность энергии или могут сохранить много электроэнергии, но могут занять часы, чтобы зарядить и освободиться от обязательств. Суперконденсаторы – мост между обычными конденсаторами и батареями, комбинируя выгодные свойства большой мощности, сказали высокая плотность энергии и низкое внутреннее сопротивление, которое может заменить батареи в качестве быстрого, надежного и потенциально более безопасного источника энергии для электрических и портативных электронных устройств в будущем, Сингха.
В суперконденсаторах высокая емкость или способность сохранить электрическое обвинение, очень важна, чтобы достигнуть более высокой плотности энергии. Между тем, чтобы достигнуть более высокой плотности энергии, очень важно иметь большую электрохимически доступную площадь поверхности, высокую электрическую проводимость и короткие пути распространения иона. Наноструктурированные активные материалы обеспечивают средство для этих концов.
Как ученые построили новый электродВдохновленный предыдущим исследованием в области улучшающейся проводимости через допинг различных металлических окисных материалов, Сингх и Кэльян Мандаль, другой исследователь и преподаватель в С. Н. Бозе Национальный Центр Фундаментальных наук, смешали окись никеля и окись железа как гибридный материал и изготовили новый электрод наноструктуры ядра/раковины.
«Изменяя материалы и морфологию электрода, можно управлять работой и качеством суперконденсаторов», сказал Сингх.В эксперименте Сингха гибридная наноструктура ядра/раковины была изготовлена через двухступенчатый метод. Используя стандартный метод гальванотехники, исследователи вырастили множества нанопроводов железного никеля в порах анодированных шаблонов окиси глинозема, затем расторгли шаблоны, чтобы получить голые гибридные нанопроводы. После этого исследователи выставили нанопроводы в кислородной окружающей среде при высокой температуре (450 градусов Цельсия) в течение короткого времени, в конечном счете разработав очень пористую гибридную раковину окиси никеля окиси железа вокруг ядра железного никеля.
«Преимущество этой гибридной наноструктуры ядра/раковины состоит в том, что очень пористый нанослой раковины обеспечивает очень большую площадь поверхности для окислительно-восстановительных реакций и уменьшает расстояние для диффузионного процесса иона», сказал Сингх. Он объяснил, что суперконденсаторы хранят обвинения посредством химического процесса, известного как окислительно-восстановительная реакция, которая включает материал, бросая электроны и транспортируя ионы через другой материал в интерфейсе между электродом и электролитом. Большие окислительно-восстановительные поверхности реакции важны для достижения более высокой плотности энергии для суперконденсаторов.«Кроме того, проводящее ядро Fe-Ni обеспечивает шоссе, чтобы ускорить транспорт электронов нынешнему коллекционеру, который улучшил бы проводимость и электрохимические свойства электрода, поняв высокоэффективные суперконденсаторы», отметил Сингх.
Как новый выполненный электродИспользуя названный циклический voltammetry методов и методы обвинения/выброса в galvanostatic, Сингх и Мандаль изучили электрохимические свойства гибридного материального электрода. Соответствуя копии, негибридным электродам как электроды наноструктуры ядра/раковины окиси и железа/окиси железа никеля/никеля, гибридный материальный электрод продемонстрировал более высокую емкость, более высокую плотность энергии и более высокое время зарядки/освобождения.
«Например, плотность тока гибридного электрода в три и 24 раза выше, чем тот из электродов окиси и железа/окиси железа никеля/никеля, соответственно», сказал Сингх. «Сравнительные результаты показывают замечательное обогащение в электрохимических действиях электродов окиси и железа/окиси железа никеля/никеля после объединения их вместе, который предлагает лучшие суперъемкостные свойства гибридного электрода».Одна особенность метода фальсификации Сингха – то, что он не требует дополнительных материалов переплета. По словам Сингха, обязательные материалы обычно используются в фальсификации углерода или основанных на графене суперконденсаторов для приложения окислительно-восстановительного активного материала по нынешнему коллекционеру. Без массы обязательных материалов гибридный электрод – хороший кандидат, чтобы сделать легкие суперконденсаторы.
«Замечательные электрохимические действия и свойства материала предполагают, что окись никеля окиси железа, гибридная наноструктура ядра/раковины могла быть надежным и многообещающим кандидатом на изготовление следующего поколения легкие, недорогие и зеленые суперконденсаторные электроды для реального применения», сказал Сингх.Следующий план исследователей состоит в том, чтобы разработать целое суперконденсаторное устройство на основе гибридного электрода и проверить его функциональную работу, шаг ближе к серийному производству.