tuningblog.eu Uw magazine over autotuning
Krachtige grafeenverbindingen voor zeer efficiënte supercondensatoren! “Supercondensatoren in plaats van batterijen“. Een team onder leiding van Roland Fischer, hoogleraar anorganische en organometaalchemie aan de Technische Universiteit van München (TUM), is erin geslaagd een zeer efficiënte supercondensator te ontwikkelen. De basis van de energieopslag is een nieuw, krachtig en duurzaam grafeen-hybride materiaal dat vergelijkbare prestatiegegevens heeft als batterijen en accu's die momenteel worden gebruikt. Energieopslag wordt meestal geassocieerd met batterijen en accu's die energie leveren voor elektronische apparaten. Maar naast batterijen worden er nu ook steeds meer zogenaamde supercondensatoren geïnstalleerd in laptops, camera's, mobiele telefoons en voertuigen. In tegenstelling tot batterijen kunnen ze heel snel grote hoeveelheden energie opslaan en net zo snel weer vrijgeven.
Supercondensatoren in plaats van batterijen
Als een trein bijvoorbeeld remt als hij het station binnenrijdt, slaan supercondensatoren de stroom op en stellen deze weer beschikbaar als de trein heel snel veel energie nodig heeft als hij in beweging komt. Eén probleem met supercondensatoren tot nu toe is echter hun lage energiedichtheid. Terwijl lithium-ionbatterijen een energiedichtheid bereiken van maximaal 265 wattuur per kilogram (Wh/kg), leveren de huidige supercondensatoren slechts een tiende daarvan.
Duurzaam materiaal levert topprestaties
Nu heeft een team onder leiding van TUM-chemicus Roland Fischer een nieuw, krachtig en duurzaam grafeen-hybride materiaal voor supercondensatoren ontwikkeld. Het dient als een positieve elektrode bij energieopslag. De onderzoekers combineerden het met een reeds bewezen negatieve elektrode op basis van titanium en koolstof. De nieuwe energieopslag bereikt niet alleen een energiedichtheid van maximaal 73 Wh/kg, wat grofweg overeenkomt met de energiedichtheid van een nikkel-metaalhydridebatterij, maar bereikt met zijn vermogensdichtheid van 16 kW/kg ook aanzienlijk meer dan de meeste andere supercondensatoren. Het geheim van de nieuwe supercondensator is de combinatie van verschillende materialen – daarom noemen scheikundigen de supercondensator ‘asymmetrisch’.
Hybride materialen: De natuur is het rolmodel
De onderzoekers gebruiken een nieuwe strategie om de prestatielimieten van gewone materialen, de zogenaamde hybride materialen, te overwinnen. “De natuur zit vol met zeer complexe, evolutionair geoptimaliseerde hybride materialen - botten en tanden zijn hiervan voorbeelden; de natuur heeft hun mechanische eigenschappen zoals hardheid of elasticiteit geoptimaliseerd door verschillende materialen te combineren“, zegt Roland Fischer.
Het onderzoeksteam bracht het abstracte idee van het combineren van basismaterialen over naar de supercondensatoren. Ze gebruikten chemisch gemodificeerd grafeen als basis voor de nieuwe positieve elektrode van het geheugen en combineerden dit met een nanogestructureerde metaal-organische raamwerkverbinding, een zogenaamd metaalorganisch raamwerk (MOF).
Krachtig en stabiel
Doorslaggevend voor de prestaties van grafeenhybriden zijn enerzijds een groot specifiek oppervlak en regelbare poriegroottes, en anderzijds een hoge elektrische geleidbaarheid. “De hoge prestaties van het materiaal zijn gebaseerd op de combinatie van het microporeuze MOF met het geleidende grafeenzuur“, legt eerste auteur Jayaramulu Kolleboyina uit, een voormalig gastwetenschapper bij Roland Fischer.
Voor goede supercondensatoren is een groot oppervlak belangrijk, waarbij een overeenkomstig groot aantal ladingsdragers zich in een materiaal kan ophopen - dit is het basisprincipe van het opslaan van elektrische energie.
De onderzoekers zijn erin geslaagd grafeenzuur chemisch te koppelen aan de MOF's door slim materiaalontwerp. De resulterende hybride MOF's hebben zeer grote interne oppervlakken, tot wel 900 vierkante meter per gram, en zijn extreem krachtig als positieve elektrode in een supercondensator.
Langdurig
Maar dat is niet het enige voordeel van het nieuwe materiaal. Als je een chemisch stabiele hybride wilt hebben, heb je sterke verbindingen tussen de componenten nodig. De bindingen zijn dezelfde als die tussen aminozuren in eiwitten, zegt Fischer: “We hebben het grafeenzuur feitelijk gekoppeld aan een MOF-amine - dit creëert een soort peptidebinding."
De stabiele verbinding tussen de nanogestructureerde componenten heeft grote voordelen wat betreft de stabiliteit van de condensatoren op lange termijn: hoe stabieler een verbinding, hoe meer laad- en ontlaadcycli mogelijk zijn zonder noemenswaardig prestatieverlies.
Ter vergelijking: een klassieke lithium-ionbatterij heeft een levensduur van ongeveer 5000 cycli; de nieuwe cel van de TUM-onderzoekers behoudt zelfs na 10.000 cycli bijna 90 procent van zijn capaciteit.
Internationaal expertnetwerk
Fischer benadrukt hoe belangrijk ongehinderde internationale samenwerking, ontworpen door de onderzoekers zelf, was bij de ontwikkeling van de nieuwe supercondensator. Het team werd opgericht door Jayaramulu Kolleboyina, een Indiase gastwetenschapper die was uitgenodigd door de Alexander von Humboldt Foundation en die nu hoofd is van de scheikundeafdeling van het nieuw opgerichte Indian Institute of Technology in Jammu.
"Ons team heeft ook samengewerkt met experts op het gebied van elektrochemie en batterijonderzoek in Barcelona en met experts op het gebied van grafeenderivaten uit Tsjechië“, zegt Fischer. “Daarnaast zijn ook partners uit de VS en Australië betrokken. Door deze mooie internationale samenwerking valt er nog veel te verwachten."
Dat was het natuurlijk niet!
tuningblog heeft talloze andere artikelen over het onderwerp auto's en autotuning op voorraad. Wil je ze allemaal zien? Gewoon klikken HIER en kijk rond. In sommige gevallen willen wij u ook buiten het tunen van nieuws voorzien. In onze categorie Tips, producten, informatie & Co We hebben bijdragen van auto- of accessoirefabrikanten, nieuwe Wiki afstemmen Termen of het een of het ander Lekken Veröffentlicht. Hieronder een fragment uit de laatste artikelen:
|
Een auto duwen: Werkt dit eigenlijk bij elke auto?
|
Coronarisico in de auto: Welk raam kan open?
|
Mondkapje voor auto's van Honda om virussen te bestrijden!
|
“tuningblog.eu” – met ons tuningmagazine houden wij u altijd op de hoogte van het onderwerp autotuning en autostyling en presenteren wij u dagelijks de nieuwste getunede voertuigen van over de hele wereld. Het beste wat u kunt doen, is u op onze abonnementen abonneren Voeden en wordt automatisch op de hoogte gebracht zodra er iets nieuws is over dit bericht, en uiteraard ook over alle andere berichten.
Om deze reden is de zinsnede juist: “De nieuwe cel van de TUM ricercatori behoudt bijna 10.000 procent van zijn capaciteit, ook gedurende 90 cycli.”
in: “De nieuwe cel van de ricercatori TUM behoudt bijna 90 procent van zijn capaciteit en tot 10.000 cycli.”