(PhysOrg.com) -- Om de volgende generatie elektrische voertuigen te ontwikkelen, zonne-energie systemen, en andere technologieën voor schone energie, onderzoekers hebben een efficiënte manier nodig om de energie op te slaan. Een van de belangrijkste apparaten voor energieopslag voor deze en andere toepassingen is een supercondensator, ook wel een elektrische dubbellaags condensator genoemd. In een recente studie, wetenschappers hebben de mogelijkheid onderzocht om een ​​materiaal genaamd zeoliet-template koolstof te gebruiken voor de elektrode in dit type condensator, en ontdekte dat de unieke poriestructuur van het materiaal de algehele prestaties van de condensator aanzienlijk verbetert.

De onderzoekers, Hiroyuki Itoi, Hirotomo Nishihara, Taichi Kogure, en Takashi Kyotani, van de Tohoku-universiteit in Sendai, Japan, hebben hun resultaten over de krachtige elektrische dubbellaags condensator gepubliceerd in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Om energie op te slaan, de elektrische dubbellaags condensator wordt opgeladen door ionen die migreren van een bulkoplossing naar een elektrode, waar ze worden geadsorbeerd. Voordat u het oppervlak van de elektrode bereikt, de ionen moeten zo snel en efficiënt mogelijk door nauwe nanoporiën reizen. In principe, hoe sneller de ionen langs deze paden kunnen reizen, hoe sneller de condensator kan worden opgeladen, resulterend in een hoge snelheidsprestatie. Ook, hoe groter de geadsorbeerde ionendichtheid in de elektrode, hoe groter de lading die de condensator kan opslaan, resulterend in een hoge volumetrische capaciteit.

Onlangs, wetenschappers hebben materialen getest met poriën van verschillende groottes en structuren om te proberen zowel snel ionentransport als een hoge adsorptie-ionendichtheid te bereiken. Maar de twee vereisten zijn enigszins tegenstrijdig, aangezien ionen sneller door grotere nanoporiën kunnen reizen, maar grote nanoporiën maken de elektrodedichtheid laag en verminderen zo de geadsorbeerde ionendichtheid.

“In dit werk we hebben met succes aangetoond dat het mogelijk is om aan de twee schijnbaar tegenstrijdige vereisten te voldoen, hoge vermogensdichtheid en hoge volumetrische capaciteit, met koolstof met zeoliet-matrijs, Nishihara vertelde PhysOrg.com .

De koolstof met zeoliet-matrijs bestaat uit nanoporiën met een diameter van 1,2 nm (kleiner dan de meeste elektrodematerialen) en die een zeer geordende structuur hebben (terwijl andere poriën ongeordend en willekeurig kunnen zijn). De kleine omvang van de nanoporiën maakt de geadsorbeerde ionendichtheid hoog, terwijl de geordende structuur - beschreven als een diamantachtig raamwerk - de ionen snel door de nanoporiën laat gaan. In een eerdere studie, de onderzoekers toonden aan dat koolstof met zeoliet-matrijs met nanoporiën kleiner dan 1,2 nm geen snel ionentransport mogelijk maakt, wat suggereert dat deze grootte de optimale balans kan bieden tussen hoge snelheidsprestaties en hoge volumetrische capaciteit.

Bij testen, de eigenschappen van de koolstof met zeoliet-matrijs overtroffen die van andere materialen, wat zijn potentieel aantoont om te worden gebruikt als een elektrode voor hoogwaardige elektrische dubbellaags condensatoren.

"We proberen nu de energiedichtheid van de koolstof met zeoliet-template verder te verhogen tot hetzelfde niveau van secundaire batterijen, ' zei Nishihara. “Als zo’n elektrische dubbellaags condensator wordt ontwikkeld en gebruikt voor mobiele apparaten, zoals mobiele telefoons, hun oplaadtijd kan worden verkort tot slechts enkele minuten. Een andere belangrijke toekomstige toepassing van elektrische dubbellaagse condensatoren is de ondersteuning van secundaire batterijen in elektrische voertuigen om de levensduur van de batterij te verlengen. Ook voor dit doel, het realiseren van een hogere energiedichtheid is een van de kernpunten.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.