Мощный графеновый материал для высокоэффективных суперконденсаторов

18.01.2021

Команда ученых, работающая с профессором неорганической и металлоорганической химии в Техническом университете Мюнхена (TUM) разработала новый, мощный и устойчивый гибридный материал графена для суперконденсаторов. Он служит положительным электродом в накопителе энергии. Исследователи комбинируют его с проверенным отрицательным электродом на основе титана и углерода.

Новое устройство накопления энергии не только обеспечивает плотность энергии до 73 кВт/ч на кг, что примерно эквивалентно плотности энергии никель-металлогидридной батареи. При этом новое устройство работает намного лучше, чем большинство других суперконденсаторов, при плотности мощности 16 кВт/ч на кг. Секрет нового суперконденсатора заключается в сочетании различных материалов, поэтому химики называют суперконденсатор "асимметричным".

Идея объединения основных материалов была перенесена на суперконденсаторы. В качестве основы они использовали новый положительный электрод накопителя с химически модифицированным графеном и объединили его с наноструктурированным металлоорганическим каркасом, так называемым MOF.

Решающими для характеристик гибридов графена являются, с одной стороны, большая удельная поверхность и контролируемые размеры пор, а с другой стороны, высокая электропроводность.

Для хороших суперконденсаторов важна большая поверхность. Это позволяет собирать в материале соответственно большое количество носителей заряда - это основной принцип хранения электрической энергии. Благодаря искусному дизайну материалов исследователям удалось связать графеновую кислоту с MOF. Полученные в результате гибридные MOF имеют очень большую внутреннюю поверхность до 900 квадратных метров на грамм и очень эффективны в качестве положительных электродов в суперконденсаторе.

Стабильное соединение между наноструктурированными компонентами имеет огромные преимущества с точки зрения долгосрочной стабильности: чем более стабильны связи, тем больше циклов зарядки и разрядки возможно без значительного ухудшения производительности.

У классического литиевого аккумулятора срок службы около 5000 циклов. Новый элемент, разработанный исследователями TUM, сохраняет почти 90% емкости даже после 10 000 циклов.

<< Назад: Фотоны вместо электронов для революционных процессоров 18.01.2021

>> Вперед: Микроскопический робот на жидком топливе 17.01.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Кухонные губки выделяют значительное количество микропластика 05.04.2026

Кухонные губки - один из самых используемых предметов в быту - могут быть недооцененным источником микропластика. Ученые из Боннского университета изучили, сколько таких частиц выделяется во время мытья посуды и как это влияет на окружающую среду. Выяснилось, что губки действительно ежегодно выделяют измеримое количество микропластика, однако основной вред экологии связан не с этим, а с расходом воды. В работе оценивали реальное выделение микропластика и его влияние с помощью анализа жизненного цикла (LCA). Исследование объединило лабораторные эксперименты и подход "гражданской науки": добровольцы из Германии и Северной Америки использовали разные типы губок в быту и фиксировали процесс. Губки взвешивали до и после использования, а также тестировали в лаборатории с помощью устройства SpongeBot, имитирующего мытье посуды. Результаты показали, что все губки изнашиваются и выделяют микропластик - примерно от 0,68 до 4,21 г на человека в год, в зависимости от состава. При этом губки ...>>

Гуманоид-спринтер Unitree H1 04.04.2026

Развитие гуманоидной робототехники сегодня стремительно приближается к уровню, при котором машины начинают уверенно имитировать не только движения человека, но и его физические возможности. Особенно активно в этом направлении работают компании из Китая, и очередное достижение Unitree Robotics стало заметной вехой в индустрии. Компания официально сообщила, что их антропоморфный робот Unitree H1 установил мировой рекорд скорости среди полноразмерных гуманоидов. В ходе испытаний машина продемонстрировала характеристики, которые ранее считались недостижимыми для подобного класса устройств, особенно с учетом их массы и конструкции. Во время тестового забега Unitree H1 разогнался до 3,3 метра в секунду, что соответствует примерно 12 километрам в час. Для сравнения, средняя скорость ходьбы человека составляет около 5 километров в час. Хотя до уровня профессионального бега роботам еще далеко, для гуманоидной системы массой около 47 килограммов такой результат считается значительным инжен ...>>

Случайная новость из Архива Создан самый сильный в мире электромагнит 19.06.2019 Ученые из Национальной лаборатории сильных магнитных полей (National High Magnetic Field Laboratory, MagLab) университета Флориды установили новый рекорд по силе постоянного магнитного поля, генерируемого новым электромагнитом со сверхпроводящими обмотками. В этой же лаборатории находится и предыдущий обладатель данного рекорда, электромагнит, вырабатывающий поле, силой в 45 Тесла, а новый электромагнит вырабатывает поле, силой 45.5 Тесла. Это не походит на огромный прорыв, тем не менее, данное достижение открывает дорогу к созданию еще более мощных магнитов, основанных на использовании явления сверхпроводимости. Отметим, что ученые уже давно создают сильные магнитные поля при помощи катушек индуктивности, называемых соленоидами. Когда электрический ток проходит через обмотки катушки, он создает магнитное поле. Увеличение силы текущего через обмотки тока приводит к увеличению вырабатываемого магнитного поля. Электромагнит, вырабатывающий поле в 45 Тесла, был самым сильным электромагнитом постоянного тока на протяжении почти двух десятилетий. Это устройство было ключевым, вокруг которого была сосредоточена вся деятельность специалистов MagLab, но в этой лаборатории также находится и другой магнит с обмотками "имеющими электрическое сопротивление", грубо говоря, медная катушка, вырабатывающая магнитное поле, силой 33.6 Тесла. Обмотки этого магнита пропускают мощность в 31 МВт, и для того, чтобы отвести от них выделяющееся тепло, требуется прокачка тысяч литров предварительно охлажденной воды. Созданный в лаборатории MagLab новый электромагнит получил название "Little Big Coil 3", его размер в собранном состоянии не превышает размера пивного бокала. Его сверхпроводящие обмотки изготовлены не из традиционного сплава олова и ниобия, вместо этого использован новый материал REBCO (rare-earth-barium-copper-oxide), который переходит в сверхпроводящее состояние при более высокой температуре. Толщина ленты этого материала не превышает толщину человеческого волоса, что позволяет произвести очень плотную ее намотку. Ученые заменили изоляционный материал на новый материал, который не влияет на сверхпроводимость обмоток и не искажает вырабатываемое магнитное поле. Весь этот комплекс мер позволил увеличить показатель плотности тока в обмотках и получить рекордную силу вырабатываемого ими поля.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026