Super szybki tunel jonowy

Żyjemy we współczesnym świecie pełnym urządzeń zasilanych energią elektryczną. Rozwój nowych technologii sprawia, że ​​telefony komórkowe, laptopy, tablety i wiele innych urządzeń mobilnych są z nami na każdym kroku. Do zasilania urządzeń mobilnych najczęściej wykorzystywane są akumulatory litowo-jonowe, tzw. Akumulatory Li-ion, jednak ze względu na ich powolne ładowanie, krótką żywotność oraz zanieczyszczenie środowiska (ze względu na dużą zawartość metali ciężkich np. Kobaltu), coraz więcej uwagi poświęca się Super kondensatory skierowany. Są to urządzenia, które mają właściwości baterie i kondensatory połączyć. Z czym to jest związane? Dłuższa żywotność, łatwiejszy recykling, a przede wszystkim szybsze ładowanie, co oznacza oszczędność czasu. W końcu czas to pieniądz.

Źródło obrazu: Pixabay

Korzyści z Super kondensatory tkwią w ich strukturze, która składa się z dwóch podstawowych elementów. Pierwszy to układ składający się z dwóch silnie porowatych elektrod oddzielonych od siebie porowatym materiałem, który chroni je przed zwarciami. Najczęściej ta część superkondensatora jest wykonana na bazie węgla aktywnego, który nie bez powodu jest używany w tych urządzeniach. W jego porach znajduje się drugi kluczowy składnik superkondensatora - elektrolit, który zawiera jony, czyli atomy obdarzone ładunkiem elektrycznym (dodatnio naładowane - kationy i ujemnie naładowane - aniony). W zależności od napięcia przyłożonego między elektrodami jony mogą poruszać się w porowatym materiale. Co ciekawe, tak jest więcej energii przechowywanych w urządzeniu, tym więcej porów znajduje się wewnątrz elektrod. Jeśli zignorujesz komponenty, takie jak obudowa itp., Możesz powiedzieć, że to wszystko.

Ale co sprawia, że ​​superkondensatory są tak obiecujące? Oszczędność energii? To są wspomniane wcześniej pory i sposób poruszania się jonów. Krytyczne znaczenie ma średnica i długość kanałów wewnątrz porowatych elektrod. Jeśli pory są szerokie, urządzenie ładuje się szybko, ale dostarcza mało energii, natomiast jeśli średnica jest zmniejszona, można dostarczyć więcej energii, ale urządzenie ładuje się znacznie wolniej. Czy jest więc jakiś sposób na przyspieszenie jonów w wąskich porach? Pisał o tym w listopadowym numerze czasopisma Nature Communications Svyatoslaw Kondrat, naukowiec z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).

Autorzy badań wykorzystali materiał porowaty Baza węglowa o średnicy porów mniejszej niż nanometr, przy czym należy zauważyć, że 1 nm to jedna miliardowa metra. Dlatego te pory są tak małe, że nie można ich zobaczyć ludzkim okiem. Materiał został namoczony w cieczy jonowej, która jest niczym innym jak solą w stanie ciekłym, ale nie zawiera rozpuszczalnika, takiego jak woda. Ciecz jonowa jest więc skroploną solą. Jony cieczy jonowej wypełniają pory, a po przyłożeniu napięcia między elektrodami zaczynają się poruszać. Ale co się stanie, jeśli polaryzacja potrwa dłużej? Czy wszystkie jony poruszają się z tą samą prędkością? Niestety jony wewnątrz elektrod zachowują się jak samochody w tunelu, poruszając się w przeciwnych kierunkach. W dodatku każdy z nich porusza się jednym pasem, a nie kilkoma jak na autostradzie. Jeśli nawet jeden samochód utknie, inne zaczynają hamować. Zmniejsza to przepustowość tunelu i tworzy korek drogowy. To samo dzieje się z porami w Super kondensator zatykać się miejscami. Prowadzi to do zmniejszenia wydajności urządzenia, w szczególności do Skrócenie czasu ładowania.