08/04/2014 - Energiespeicherung. Entwicklung einer Methode, die Superkondensatoren verbessert

Menéame

Ein Werk in der Zeitschrift Carbon von Forschern aus der UAM zahlt den Weg zu kohlenstoffhaltige Materialien Der Ausschuß für Umweltfragen, Volksgesundheit und Verbraucherschutz hat sich mit dem Vorschlag für eine Richtlinie des Rates über die Umweltverträglichkeitsprüfung bei der Herstellung von Lebensmitteln, die in Lebensmitteln verwendet werden dürfen, einverstanden erklärt. Superkondensatoren.

Es besteht heute ein großes Interesse an der Entwicklung der erneuerbare Energiequellen so dass sie die nach und nach verwendeten fossilen Brennstoffe ersetzen. Damit erneuerbare Energiequellen wie Solar- oder Windkraft zu Mehrheiten werden können, muss jedoch ihre Intermition ausgeglichen werden, damit Nachfrage und Angebot jederzeit angepasst werden können. Dazu ist es erforderlich, Energiespeichersysteme zu verbinden, die in vielen Fällen noch nicht die gewünschte Leistung auf wettbewerbsfähige Weise erzielen können.

Die elektrochemische Energiespeichereinrichtungen (Batterien und Superkondensatoren) sind am besten geeignet für die meisten Bedürfnisse. Diese sind in vielerlei Hinsicht wegen ihrer unterschiedlichen Mechanismen der Energiespeicherung komplementär. Superkondensatoren haben sehr hohe Leistungsdichten und sind daher in der Lage, eine große Menge an Energie für kurze Zeit (Sekunden oder Minuten) bereitzustellen, aber sie müssen ihre Energiedichten verbessern (mehr Energie liefern können), um kommerziell wettbewerbsfähig zu sein.

Eine der wichtigsten Strategien, die dabei erforscht werden, ist die Verbesserung der kohlenstoffhaltigen Materialien, die in der Regel die Elektroden dieser Geräte bilden. Um die Energiedichte zu verbessern und nicht nur die Oberflächenfläche zu erhöhen (was die gespeicherte Energie durch elektrische Anziehungskraft und Abstoßung von Lasten, die typisch für Superkondensatoren sind), so wurde darauf geachtet, dass auf der Oberfläche verschiedene Verbindungen vorhanden sind, die die Energie erhöhen, indem sie ihre Oxidations- und Reduktionsreaktionen hinzufügen, die denen in Batterien ähnlich sind, vor allem Metalloxiden oder Quinonenverbindungen.

Nach jahrzehntelangen Forschungsarbeiten reichte jedoch keine dieser Strategien aus, um die kommerzielle Durchdringung dieser Geräte zu verbessern.

Kürzlich wurde festgestellt, dass, wenn die Porengröße des Kohlenstoffmaterials klein ist (weniger als 1 Nanometer) und mit der Größe des Elektrolytion übereinstimmt, der durch die Ansammlung von Energie in ihm aufgenommen wird, die elektrostatische angesammelte Energie deutlich erhöht wird, was einen neuen Weg darstellt, um die Energiedichte dieser Geräte zu erhöhen und Gegenstand eines großen Interesses an der aktuellen Forschung ist.

Als weiterer Schritt in diese Richtung haben Forscher der Abteilung für Organische Chemie der Autonomen Universität Madrid (UAM) unter Leitung der Professoren María del Carmen Carreño und María Ribagorda (in Zusammenarbeit mit Forschern der Abteilung für elektrochemische Prozesse des IMDEA Energy Institute, angeführt von Dr. Raul Diaz) eine Methode, die es ermöglicht, diese besten porösen, kohlenstoffreichen Materialien mit dem Vorhandensein von Verbindungen auf der Oberfläche zu kombinieren, die Redox-Reaktionen, in diesem Fall quinonische Verbindungen, hinzufügen.

Dazu nutzten die Forscher Friedel-Crafts-ähnliche Reaktionen, um die kovalente Verbindung zwischen Kohle und Chinone zu fördern (siehe Abbildung). Das Ergebnis sind Kohlen mit größerer Energiedichte, die sowohl aus den Redoxreaktionen der zugesetzten Chinone als auch aus der größten Menge elektrostatischer Energie stammen, die durch die Anpassung der Porengröße der Kohlen an die Größe der darin aufgenommenen Elektrolytionen gespeichert wird.

Diese Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Carbon, ist der erste Schritt in Richtung kohlenstoffhaltigen Materials mit Energiedichten, die möglicherweise wesentlich höher sind als die bisher erreichten, die die kommerzielle Durchdringung der Superkondensatoren verbessern können.

Bezug:
 

Isikli, S.; Lecea, M. Ribagorda, M.; Carmen Carreño, M. Diaz, R., Influence of quinone grafting via Friedel-Crafts reaction on carbo porous structure and supercape performance, Carbon (2014), 66, 654-661.

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UAM

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