Un'innovazione nell'immagazzinamento dell'energia risolve il problema della ricarica rapida
Elettrodi personalizzati in materiale organico impediscono la rottura chimica ad alte tensioni
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I condensatori elettrochimici, spesso chiamati supercondensatori, sono i velocisti del mondo dell'energia. Si caricano istantaneamente e forniscono enormi quantità di energia su richiesta. Lo svantaggio, tuttavia, è la loro mancanza di resistenza: non possono immagazzinare molta energia totale e tendono a perdere rapidamente la carica quando rimangono inattivi. Sebbene gli ingegneri sappiano che aumentando la tensione di esercizio si potrebbe risolvere il problema della densità di energia, ciò provoca quasi sempre la rottura del bagno chimico interno (l'elettrolito).
Carboni porosi gerarchici derivati dalla lignina che consentono condensatori elettrochimici ad alta tensione con bassa autoscarica
Shichao Zhang, Shenglin Liu, Suyang Si, Keqi Zeng, Chenxin Cai, Xiangzhou Yuan, Yawen Tang, Feng Gong & Hualin Ye
Per aggirare questa trappola di tensione, uno sforzo di ricerca congiunto descritto in Carbon Research introduce un'ingegnosa strategia di "co-design". Costruendo un elettrodo personalizzato con materia organica vegetale e abbinandolo a un fluido altamente specializzato, il team è riuscito a stabilizzare un supercondensatore che funziona a una notevole tensione di 4,0 volt.
Questo trionfo strutturale e chimico è il risultato di una stretta collaborazione guidata dal dottor Feng Gong della Southeast University e dal dottor Hualin Ye della Nanjing Normal University. Combinando le profonde risorse del Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control (Ministero dell'Istruzione) e del Jiangsu Key Laboratory of New Power Batteries, i ricercatori hanno affrontato i difetti principali del supercondensatore dall'interno.
Invece di trattare l'hardware solido e le sostanze chimiche liquide come componenti completamente separati, il team di ricerca li ha progettati in modo da farli combaciare come una serratura e una chiave. Hanno iniziato trasformando la lignina, un polimero naturale abbondantemente presente nelle pareti delle cellule vegetali, in un elettrodo di carbonio altamente poroso. Queste strutture di carbonio presentano fori incredibilmente stretti, inferiori al nanometro.
Per completare il tutto, gli scienziati hanno formulato un elettrolita a base di litio debolmente solvente, mescolato con uno specifico diluente fluorurato.
Il meccanismo alla base del successo è duplice. In primo luogo, i minuscoli pori del carbonio derivato dalla lignina sono geometricamente perfetti per catturare e trattenere gli specifici ioni di litio solvatati, generando una massiccia capacità di accumulo di energia. In secondo luogo, il liquido fluorurato agisce come una guardia del corpo chimica. Sopprime attivamente la degradazione e blocca le reazioni parassite, mantenendo stabile l'intero sistema anche sotto l'intensa pressione elettrica di una carica di 4,0 V.
Pietre miliari delle prestazioni raggiunte:
- Frantumare il soffitto: Il dispositivo funziona senza problemi a una tensione di 4,0 V senza precedenti, evitando la rapida autoscarica che affligge i modelli standard.
- Alta densità di energia: Massimizzando l'accoppiamento tra gli ioni e i pori di carbonio, il sistema raggiunge l'impressionante valore di 77,4 Wh kg-¹, annullando il confine tra i supercondensatori a ricarica rapida e le batterie tradizionali.
- Resistenza da maratona: La chimica protettiva garantisce una durata eccezionale. Dopo aver sopportato 10.000 rigorosi cicli di carica e scarica, il condensatore ha mantenuto oltre il 90% della sua capacità originale.
Mentre le industrie si affannano a cercare modi migliori per alimentare le tecnologie ad alta intensità energetica, dai trasporti elettrici pesanti alle reti elettriche intelligenti, questa scoperta offre un progetto estremamente pratico. La collaborazione tra la Southeast University e la Nanjing Normal University dimostra che, con la giusta combinazione di materiali a base biologica e chimica intelligente, non dobbiamo più scegliere tra energia rapida ed energia duratura.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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