Дата публикации:

Экспериментальный суперконденсатор достигает 73 Втч / кг и 16 кВт / кг, чтобы бросить вызов никель-металл-гидридным и свинцово-кислотным аккумуляторам.

По данным Мюнхенского технического университета (TUM), объединение графена с металлоорганическим каркасом может привести к получению высокопористого и проводящего электрода для суперконденсаторов, который построил устройство, чтобы доказать это, что может бросить вызов некоторым технологиям аккумуляторов для определенной энергоемкости.

 

«Новое устройство накопления энергии не только обеспечивает плотность энергии до 73 Втч / кг, что примерно эквивалентно плотности энергии никель-металлогидридной батареи, но и работает намного лучше, чем большинство других суперконденсаторов, при плотности мощности 16 кВт. / кг », — сообщили в университете.

Металлоорганические каркасы привлекательны для электродов, потому что они могут иметь пористую структуру с огромной площадью внутренней поверхности или были бы, если бы они были более проводящими и менее хрупкими, в то время как графен проводящий, прочный и может иметь большую площадь поверхности, но имеет тенденцию к придерживайтесь самого себя и выводите из игры большую часть этой области, согласно статье в Advanced Materials, описывающей работу.

Были предприняты попытки объединить графен и металлоорганический каркас для создания гибрида с большой внутренней площадью поверхности и высокой проводимостью, но результаты имеют тенденцию разваливаться, потому что может быть трудно прочно прикрепить что-либо к середине листа графена.

Тем не менее, команда TUM использовала некоторые экзотические материалы, которые стали доступны недавно — поверхностно-модифицированный графен, называемый графеновой кислотой, который имеет карбоксильные группы на своей поверхности, а затем что-то, что может ковалентно связываться с пептидом — цирконий на основе металлоорганического каркаса UiO ‐ 66 ‐ NH 2 .

В результате получается гибрид, получивший название GA @ UiO-66-NH 2 , со слоями графена, разделенными другим материалом, который является пористым в крошечном масштабе из-за октаэдрических кристаллов UiO-66-NH 2 , а затем пористым на поверхности. больший, но все же микроскопический масштаб из-за большого расстояния между слоями графеновой кислоты. Общая пористость была измерена командой и составила 780 м 2 / г.

Гель GA @ UiO ‐ 66 ‐ NH 2 после двух дней приготовления.

Для изготовления суперконденсатора гибрид был использован в качестве положительного электрода, обращенного к электроду, сделанному из другого экзотического материала, двумерного MXene Ti 3 C 2 T x , через водный электролит.Именно это устройство выдавало ~ 73 Вт / кг при 1 кВт / кг или 32 Вт / кг при 16 кВт / кг — по сравнению с 30-55 Вт / кг для литиевых аккумуляторных батарей, 30-45 Вт / кг для свинцово-кислотных аккумуляторов и 60-120 Вт / / кг для Ni / MH аккумуляторов в соответствии с документом о дополнительных материалах.
Энергетическая емкость упала по мере использования до 90% от первоначального значения после 10 000 циклов, хотя эффективность заряда-разряда оставалась на уровне ~ 100% на всем протяжении.
Четко написанный документ Advanced Material « Ковалентные гибриды графена-MOF для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов » доступен полностью без оплаты и содержит дальнейший анализ устройства, рассматриваемого как аккумулятор, после подробного описания химического состава.
Технический университет Мюнхена сотрудничал с Университетом Палацки (Чешская Республика), Индийским технологическим институтом Джамму, Технологическим университетом Квинсленда, Техническим университетом Дрездена, VSB – Техническим университетом Остравы (Чешская Республика), Национальными лабораториями Сандии (США), Центром продвинутых технологий им. Джавахарлала Неру. Научные исследования (Индия) и Университет Адама Мицкевича (Польша).