Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 17 октября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

40 лет электронному изобретению, изменившему цивилизацию

3 апреля 1973 года состоялся первый звонок с мобильного телефона, который впоследствие изменил всю нашу жизнь.

«Директор китайских микросхем» делится планами фаундри-компании SMIC

Впервые за долгое время «всекитайская» фаундри Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC) может сообщить хорошие новости.

Рынок носимых смарт-устройств переживает расцвет

Производителям электроники необходимо искать новые источники дохода: с начала года сразу несколько ведущих высокотехнологичных компаний мира объявили о своем выходе на рынок носимых (wearable) умных устройств — смарт-часов и смарт-очков.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

6 апреля 2013

UCLA: графеновые суперконденсаторы могут совершить революцию в гибкой электронике

Выполненный на основе графена конденсатор демонстрирует высокую плотность энергии и плотность мощности. Благодаря загущённому электролиту устройство не протекает и не боится механических нагрузок. Такие конденсаторы могут стать идеальным устройством хранения энергии для следующего поколения гибкой переносной электроники.

О

снованный на графене высокоэффективный электрохимический конденсатор с отличными электрохимическими свойствами был разработан в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса (University of California, Los Angeles – ULCA) группой исследователей отделений химии и биохимии, материаловедения и инжиниринга совместно со специалистами Калифорнийского института наносистем.

Применение электрохимических конденсаторов (ЭК) как устройств хранения энергии может быть перспективно, поскольку зарядка и разрядка происходят гораздо быстрее, чем в обычных аккумуляторах. Применение конденсаторов всё ещё ограничено их низкой плотностью энергии, которая составляет лишь небольшую часть от плотности батарей.

ЭК, которые объединяют в себе большую эффективность с высокой плотностью энергии, представляют значительные преимущества в технологии хранения энергии. Реализация требует новых электродов, которые не только имеют высокую проводимость, но также обеспечивают более высокую и более доступную площадь поверхности, чем стандартные ЭК, которые используют активированные углеродные электроды.

Исследователи использовали стандартный DVD-привод с функцией LightScribe для изготовления электродов. Электроды получены из растянутой сети графена – слоя графитового углерода толщиной в один атом – который демонстрирует отличные механические и электрические свойства наравне с исключительно высокой площадью поверхности.

Оксид графита

Процесс основан на покрытии DVD-диска плёнкой оксида графита, которая затем обрабатывается лазером внутри DVD-привода с технологией LightScribe для получения графеновых электродов.

«Обычно для оценки эффективности устройства хранения энергии используют два основных свойства – плотность энергии и плотность мощности. Предположим, устройство используется в электромобиле. Плотность энергии говорит нам, как далеко поедет автомобиль на одной зарядке, а плотность мощности говорит нам, как быстро он может поехать, – сообщает группа исследователей. – Здесь устройства сделанные с электродами из графена, гравированного лазером (Laser Scribed Graphene – LSG) демонстрируют сверхвысокое значение плотности энергии в различных электролитах, в тоже время сохраняя высокую плотность мощности и отличную циклическую стабильность ЭК. Более того, эти ЭК поддерживают отличные электрохимические свойства под высокими механическим нагрузками, и, таким образом, позволяют надеяться на применение в мощной и гибкой электронике».

«Наше исследование показывает, что наш новый суперконденсатор, основанный на графене, сохраняет столько же энергии, сколько и стандартная батарея, но он может быть заряжен и разряжен от ста до тысячи раз быстрее», – сказал Ричард Б. Канер (Richard B. Kaner), профессор химии, материаловедения и инжиниринга.

Профессор химии Ричард Б. Канер (Richard B. Kaner)

«Здесь мы представляем стратегию для производства высокоэффективных, основанных на графене, ЭК через простой полностью твёрдотельный подход, который исключает «перешихтовку» графеновых листов», – сказал Махер Ф. Эль-Кади (Maher F. El-Kady), ведущий сотрудник исследования и выпускник лаборатории профессора Канера.

Исследовательская группа изготовила LSG-электроды, которые не имеют проблем активированных углеродных электродов, которыми до сих пор ограничивались представленные коммерческие ЭК.

LightScribe лазер вызывает одновременное уменьшение и шелушение оксида графита и производит сети LSG со значительно более высокой и доступной площадью поверхности.

Это приводит, в результате, к значительной ёмкости заряда для LSG-суперконденсаторов. Открытая сетевая структура электродов помогает минимизировать расстояние диффузии ионов электролита, которое является ключевым для заряжаемых устройств. Это может быть учтено для легкодоступных плоских графеновых листов, в то время как большая часть площади поверхности активированного углерода размещается в очень маленьких порах, что ограничивает диффузию ионов. Это означает, что LSG-суперконденсатор имеет возможность отдать сверхвысокую мощность в короткий период времени, тогда как активированный углерод на это не способен.

Дополнительно, LSG-электроды являются механически прочными и демонстрируют высокую проводимость (>1700 См/м) по сравнению с активированным угольными электродами (10–100 См/м). Это означает, что LSG-электроды могут быть использованы как электроды суперконденсаторов без необходимости в соединителях и коллекторах тока, как в случае стандартных ЭК с активированным угольным электродом.

Более того, эти свойства позволяют LSG служить как активным материалом, так и коллектором тока в ЭК. Комбинация обеих функций в одном слое упрощает архитектуру и делает LSG-суперконденсаторы прибыльными устройствами.

Коммерчески доступные ЭК состоят из разделителя, перемежающегося между двух электродов с жидким электролитом. Разделитель или закручивается в спираль для цилиндрического контейнера, или уложен в ячейку. К сожалению, устройства такой конфигурации ячейки не только страдают от опасного протекания электролита, но их дизайн делает затруднительным их применение для практической гибкой электроники.

Исследовательская группа заменила жидкий электролит полимерным загущённым электролитом, который служит разделителем, дополнительно уменьшая толщину устройства и вес и упрощая процесс изготовления, так как не требуются специальные упаковочные материалы.

Для того чтобы оценить в реальных условиях потенциал данного полностью твёрдотельного устройства LSG-ЭК для гибкого хранилища, команда исследователей разместила устройство под постоянной механической нагрузкой для анализа эффективности. Достаточно интересно, что это практически не оказало влияния на работу устройства.

«Мы считаем, что высокая эффективность и прочность по отношению к механическим деформациям электродов находится в соответствии с взаимопроникновением сетевой структуры между LSG-электродами и загущённым электролитом», – объясняет Канер. – Электролит затвердевает во время сбора конденсатора и работает как клей, который удерживает компоненты устройства вместе». Метод улучшает механическую интеграцию и увеличивает жизненный цикл устройства даже при тестировании в экстремальных условиях.

Поскольку эта значительная эффективность ещё не реализована в коммерческих устройствах, эти LSG-конденсаторы могли бы, утверждают в UCLA, привести к идеальной системе хранения энергии для следующего поколения гибкой переносной электроники.

Читайте также:
Роснано вложит более 30 млн долларов в производство суперконденсаторов
Новые возможности суперконденсаторов с графеновыми электродами
Гибрид графена и нанотрубок идеален для суперконденсаторов
Производство суперконденсаторов для электромобилей откроют в Дубне
Микросхема поможет заменить батареи на суперконденсаторы
Из чернил сделали суперконденсатор
Нанокомпозиты увеличат емкость батарей в 10 раз
Прозрачные и гибкие источники питания на базе углеродных плёнок
Графеновые электроды на 300% улучшают литий-ионные батареи
Разработчики на треть увеличили емкость аккумуляторов

Источник: Electronics Weekly

Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать







 

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты