Kritický objav o ukladaní energie v superkondenzátoroch na nanoúrovni

Inžinieri urobili zásadný objav o superkondenzátoroch, čo sú zariadenia na ukladanie energie používané v rôznych elektronických zariadeniach a systémoch. Superkondenzátory sa nabíjajú rýchlejšie ako batérie, ale uchovávajú menej energie. Bežne sa používajú v zariadeniach, ktoré vyžadujú rýchle prírastky energie. V aute a vo výťahoch môžu pomôcť rekuperovať energiu pri brzdení.

Pomáhajú pokryť kolísavý dopyt po energii v notebookoch a fotoaparátoch a stabilizujú energetické zaťaženie v elektrických sieťach. Na rozdiel od batérií sa superkondenzátory nespoliehajú na chemické reakcie. Fungujú tak, že absorbujú a uvoľňujú ióny. Najlepšie superkondenzátory majú vysokú kapacitu na uskladnenie energie bez toho, aby zaberali príliš veľa miesta. Vedci skúmali, ako kontrolovať poréznu štruktúru materiálov superkondenzátorov a tok iónov cez ne.

V nedávnej štúdii sa výskumníci zamerali na pochopenie toho, ako sa ióny pohybujú v sieti nanopórov. Vytvorením nanopórovitých materiálov s veľkým povrchom môžu vedci zvýšiť kapacitu materiálu alebo jeho schopnosť uchovávať náboj. Pohyb iónov cez póry určuje, ako rýchlo sa superkondenzátor nabíja a uvoľňuje energiu. Výskumníci zistili, že rozdelenie prúdu z pórov do spojov môže spomaliť tok nabitých iónov do materiálu. Na rýchlosť nabíjania má vplyv aj usporiadanie pórov v celom materiáli.

Tento objav má význam pre optimalizáciu materiálov superkondenzátorov a zlepšenie ich výkonu. Vedci môžu použiť modifikované Kirchhoffove zákony na simuláciu a predpovedanie toku iónov v rôznych sieťach pórov. To im pomôže vybrať najlepšie materiály pre superkondenzátory a zlepšiť ich dizajn. Okrem toho je pochopenie toku iónov v superkondenzátoroch kľúčový krok k vývoju rýchlejšej elektroniky.

V budúcnosti bude možné vyrobiť superkondenzátory z biologicky rozložiteľných materiálov, ktoré budú môcť napájať flexibilné nositeľné zariadenia a byť prispôsobiteľné prostredníctvom 3D tlače. Výskum je príspevkom k pokračujúcemu úsiliu o zdokonalenie technológie superkondenzátorov a o účinnejšie a efektívnejšie ukladanie energie pre moderné elektronické zariadenia a systémy. Štúdia bola publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Zdroj: inverse.com.