(PhysOrg.com) -- För att utveckla nästa generations elfordon, solenergisystem, och annan ren energiteknik, forskare behöver ett effektivt sätt att lagra energin. En av de viktigaste energilagringsenheterna för dessa applikationer och andra är en superkondensator, även kallad en elektrisk dubbelskiktskondensator. I en nyligen genomförd studie, forskare har undersökt möjligheten att använda ett material som kallas zeolit-mallat kol för elektroden i denna typ av kondensator, och fann att materialets unika porstruktur avsevärt förbättrar kondensatorns totala prestanda.

Forskarna, Hiroyuki Itoi, Hirotomo Nishihara, Taichi Kogure, och Takashi Kyotani, från Tohoku University i Sendai, Japan, har publicerat sina resultat om den högpresterande elektriska dubbelskiktskondensatorn i ett färskt nummer av Journal of the American Chemical Society .

För att lagra energi, den elektriska dubbelskiktskondensatorn laddas av joner som migrerar från en bulklösning till en elektrod, där de adsorberas. Innan du når elektrodens yta, jonerna måste färdas genom smala nanoporer så snabbt och effektivt som möjligt. I grund och botten, ju snabbare jonerna kan färdas längs dessa banor, desto snabbare kan kondensatorn laddas, vilket resulterar i en hög prestanda. Också, ju större adsorberad jondensitet i elektroden, ju större laddning som kondensatorn kan lagra, vilket resulterar i en hög volymetrisk kapacitans.

Nyligen, forskare har testat material med porer av olika storlekar och strukturer för att försöka uppnå både snabb jontransport och hög adsorptionsjondensitet. Men de två kraven är något motsägelsefulla, eftersom joner kan resa snabbare genom större nanoporer, men stora nanoporer gör elektrodensiteten låg och minskar därmed den adsorberade jondensiteten.

"I detta arbete, vi har framgångsrikt visat att det är möjligt att uppfylla de två till synes motstridiga kraven, hög effekttäthet och hög volymetrisk kapacitans, med zeolitmallat kol, ” berättade Nishihara PhysOrg.com .

Det zeolitformade kolet består av nanoporer som är 1,2 nm i diameter (mindre än de flesta elektrodmaterial) och som har en mycket ordnad struktur (medan andra porer kan vara oordnade och slumpmässiga). Nanoporernas ringa storlek gör den adsorberade jondensiteten hög, medan den ordnade strukturen – beskriven som en diamantliknande ram – tillåter jonerna att snabbt passera genom nanoporerna. I en tidigare studie, forskarna visade att zeolitmallat kol med nanoporer mindre än 1,2 nm inte kan möjliggöra snabb jontransport, vilket tyder på att denna storlek kan ge den optimala balansen mellan höghastighetsprestanda och hög volymetrisk kapacitans.

I tester, det zeolitmönstrade kolets egenskaper översteg egenskaperna hos andra material, demonstrerar dess potential att användas som en elektrod för högpresterande elektriska dubbelskiktskondensatorer.

"Vi försöker nu ytterligare öka energitätheten för det zeolitformade kolet upp till samma nivå av sekundära batterier, " sa Nishihara. "Om en sådan elektrisk dubbelskiktskondensator utvecklas och används för mobila enheter, som mobiltelefoner, deras laddningstid kan förkortas till bara några minuter. En annan viktig framtida tillämpning av elektriska dubbelskiktskondensatorer är ett stöd för sekundära batterier i elfordon för att förlänga batteriets livslängd. Även för detta ändamål, att uppnå en högre energitäthet är en av nyckelfrågorna."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.