Durchbruch bei Energiespeichern löst das Schnelllade-Problem
Maßgeschneiderte Elektroden aus organischem Material verhindern chemischen Zerfall bei hohen Spannungen
Anzeigen
Elektrochemische Kondensatoren, oft als Superkondensatoren bezeichnet, sind die Sprinter der Energiewelt. Sie laden sich sofort auf und liefern bei Bedarf gewaltige Stromstöße. Der Nachteil ist jedoch ihre mangelnde Ausdauer: Sie können nicht viel Gesamtenergie speichern und neigen dazu, ihre Ladung schnell zu verlieren, wenn sie nicht genutzt werden. Die Ingenieure wissen zwar, dass eine Erhöhung der Betriebsspannung das Problem der Energiedichte lösen könnte, doch führt dies fast immer dazu, dass das interne chemische Bad (der Elektrolyt) zusammenbricht und ausfällt.
Aus Lignin gewonnene hierarchische poröse Kohlenstoffe ermöglichen elektrochemische Hochspannungskondensatoren mit geringer Selbstentladung
Shichao Zhang, Shenglin Liu, Suyang Si, Keqi Zeng, Chenxin Cai, Xiangzhou Yuan, Yawen Tang, Feng Gong & Hualin Ye
Um diese Spannungsfalle zu umgehen, wird in einer gemeinsamen Forschungsarbeit, die in Carbon Research beschrieben wird, eine geniale "Co-Design"-Strategie vorgestellt. Durch den Bau einer maßgeschneiderten Elektrode aus organischem Pflanzenmaterial und deren Kombination mit einer hochspezialisierten Flüssigkeit gelang es dem Team, einen Superkondensator zu stabilisieren, der mit bemerkenswerten 4,0 Volt arbeitet.
Dieser strukturelle und chemische Triumph ist das Ergebnis einer engen Partnerschaft unter der Leitung von Dr. Feng Gong von der Southeast University und Dr. Hualin Ye von der Nanjing Normal University. Durch die Kombination der umfangreichen Ressourcen des Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control (Ministry of Education) und des Jiangsu Key Laboratory of New Power Batteries konnten die Forscher die Hauptschwächen des Superkondensators von innen heraus angehen.
Anstatt die feste Hardware und die flüssigen Chemikalien als völlig getrennte Komponenten zu behandeln, entwickelte das Forscherteam sie so, dass sie wie Schloss und Schlüssel zusammenpassen. Sie begannen damit, Lignin, ein reichlich vorhandenes natürliches Polymer, das in Pflanzenzellwänden vorkommt, in eine hochporöse Kohlenstoffelektrode zu verwandeln. Diese Kohlenstoffstrukturen weisen unglaublich enge Löcher im Sub-Nanometerbereich auf.
Als Ergänzung formulierten die Wissenschaftler einen schwach löslichen Elektrolyten auf Lithiumbasis, der mit einem speziellen fluorierten Verdünnungsmittel gemischt wurde.
Der Mechanismus hinter ihrem Erfolg ist ein zweifacher. Erstens sind die winzigen Poren des aus Lignin gewonnenen Kohlenstoffs geometrisch perfekt darauf abgestimmt, die spezifischen solvatisierten Lithiumionen einzufangen und zu halten, was zu einer enormen Energiespeicherkapazität führt. Zweitens wirkt die fluorierte Flüssigkeit wie ein chemischer Bodyguard. Sie unterdrückt aktiv die Degradation und blockiert parasitäre Reaktionen, so dass das gesamte System selbst unter dem starken elektrischen Druck einer 4,0-V-Ladung stabil bleibt.
Erreichte Leistungsmeilensteine:
- Die Obergrenze durchbrochen: Das Gerät arbeitet reibungslos mit einer noch nie dagewesenen Spannung von 4,0 V und vermeidet die schnelle Selbstentladung, die bei Standardmodellen auftritt.
- Hohe Energiedichte: Durch die Maximierung der Passung zwischen den Ionen und den Kohlenstoffporen erreicht das System beeindruckende 77,4 Wh kg-¹ und verwischt damit die Grenze zwischen schnell aufladbaren Superkondensatoren und herkömmlichen Batterien.
- Marathon-Ausdauer: Die schützende Chemie sorgt für außergewöhnliche Haltbarkeit. Nach 10.000 rigorosen Lade- und Entladezyklen behielt der Kondensator über 90 % seiner ursprünglichen Kapazität.
Da die Industrie nach besseren Möglichkeiten sucht, energieintensive Technologien mit Strom zu versorgen, vom elektrischen Schwerlastverkehr bis hin zu intelligenten Stromnetzen, bietet dieser Durchbruch einen äußerst praktischen Plan. Die gemeinsame Arbeit der Southeast University und der Nanjing Normal University beweist, dass wir mit der richtigen Kombination aus biobasierten Materialien und cleverer Chemie nicht mehr zwischen schneller Leistung und lang anhaltender Energie wählen müssen.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Batterietechnik
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.
Themenwelt Batterietechnik
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.