Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. СЭМ-фотография графеновых листов.
Рисунок 2. а) Зависимость удельной энергии от удельно мощности ионистора. b) Зависимость удельной энергии от удельной силы тока ионистора. с) Кривые разрядки при различной удельной силе тока. d) Амплитудно-фазовая частотная характеристика ионистора при подаче синусоидального сигнала напряжением 5 мВ в диапазоне частот 100 кГц - 1 мГц.
Рисунок 3. Заисимость Аррениуса при различных значениях удельной силы тока.

Графеновые ионисторы: еще мощнее!

Ключевые слова:  графен, ионистор

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

27 ноября 2010

Гибридные автомобили постепенно превращаются из многочисленных концепт-каров, демонстрирующихся на всевозможных мотор-шоу, в привычных участников дорожного движения. Однако конструкция таких автомобилей продолжает совершенствоваться. В частности, для быстрого высвобождения энергии при ускорении и аккумуляции энергии при торможении предлагается использовать ионисторы. Однако существующие суперконденсаторы пока обладают слишком малой удельной энергией по сравнению с привычными аккумуляторными батареями. Поэтому основные усилия исследователей направлены на повышение удельной энергии ионисторов.

Различают три различных типа ионисторов - идеальные ионисторы (в которых не протекают электрохимические реакции), гибридные ионисторы (в которых электрохимическая реакция протекает лишь на одном из электродов) и псевдоконденсаторы (в которых электрохимическая реакция протекает на обоих электродах). В качестве материала электрода в ионисторах используется в основном активированный уголь, однако на эту роль активно предлагаются другие модификации углерода, в частности УНТ и графен, что продиктовано в первую очередь увеличением площади поверхности: так максимальная теоретическая емкость для графенового электрода составляет 550 Ф/г. Однако приблизиться к этому значению исследователям пока не удалось.

Дабы восполнить этот пробел, коллектив китайских исследователей получили ионистор, где в качестве электродов используется мезопористый графен (рис. 1), благодаря большой площади поверхности которого ученым удалось добиться удельной энергии ионистора 90 Вт ч/кг при удельной силе тока 1 А/г и комнатной температуре. Для того, чтобы избежать слипания графеновых листов, они были обработаны политетрафторэтиленом. Результаты электрохимических измерений представлены на рис. 2.

По сравнению с активированным углем, который широко используется в качестве электродного материала ионисторов, поры в мезопористом графене ощутимо больше, что позволяет использовать ионные электролиты с большим размером молекул, которые не могут проникать в поры активированного угля.

Для практического применения ионисторов в транспортных средствах необходимо, чтобы они могли функционировать по крайней мере при 60 0С. По этой причине авторами была исследована зависимость емкости двойного электрического слоя от температуры. Было установлено, что эта зависимость описывается уравнением Аррениуса (рис.3), т.е. повышение температуры, ускоряя движение молекул электролита, способствует образованию двойного электрического слоя.



Источник: Nano Letters



Комментарии
Неужели не врут?
А шут знает.

Тефлон ни в чём не растворяется, так что чисто технически обработать им графен трудновато.

90 Вт*ч/кг, если я правильно посчитал, это очень хороший результат.
Для суперконденсаторов давно пора использовать кумулятивный параметр, который адекватно характеризует технологический уровень. Речь идет о произведении плотности энергии на плотность мощности (см. Высокоемкие конденсаторы для ультраплотного поверхностного монтажа. Нано- и микросистемная техника 2006, № 3, с.30-37).
У рассматриваемой разработки этот параметр (плE x плW ) находится на уровне 1.5 х 108 Дж2/кг2 с.
В литературе, например, M.D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An and R.S. Ruoff, Nano Letters 8, 3498 (2008); Y. Wang, Z. Shi, Y. Huang, Y. Ma, C. Wang, M.Chen and Y. Chen, J. Phys. Chem. C 113, 13103 (2009); J. Yan, T. Wei, B. Shao, F. Ma, Z. Fan, M. Zhang, C. Zheng, Y. Shang, W. Qian, F. Wei, Carbon 48, 1731 (2010) сообщается о достижении значений плE x плW , на уровне, примерно, 1 х 109 Дж2/кг2 с.
Рассматриваемая разработка не может быть отнесена к классу advanced, поэтому заголовок Графеновые ионисторы: еще мощнее! преувеличивает уровень разработки.
Gogotsi Yury, 04 декабря 2010 18:38 
Эта статья не стоит времени которое Сергей Викторович
потратил на ее перевод и еще в меньшей степени времени
которое другие коллеги затратят на ее чтение.

Ответ на вопрос Евгения Алексеевича прост: "Врут!". Достаточно посмотреть на рис. 3 в оригинале статьи
(вольтамограммы). Они просто катастрофически асимметричны даже при очень малой скорости зарядки/
разрядки в 10 милливольт в секунду и показывают leakage и low Faradic efficiency (не уверен какие термины
правильно использовать в русскoм переводе). Таким образом, даже речи быть не может быть о "еще мощнее!".
Их реальная плотность мощности ниже чем у любого коммерческого ионистора. Нет никаких чудес и с
плотностью энергии (и не может быть при удельной поверхности электрода в 500 м2/г). Авторы используют
окно в 4 В, но их электролит разлагается при этом напряжении. В результате емкость падает на примерно 10%
после 500 циклов (рис. S2, Supplementary Info). Значит срок работы этого графенового ионистора до потери
50% емкости всего 2500 циклов - современные литиевые аккумуляторы имеют больший срок службы, а
ионистор должен выжить 500000-1000000 циклов.

К сожалению, эта статья, которая является саморекламой коммерческой компании и обманом научной
общественности, проскользнула мимо рецензентов и редакторов Nano Letters. Shame on them!
Трусов Л. А., 04 декабря 2010 21:04 
Вот оно всё и открылось
А я уже представил себе светлое будущее, но тоже перевёл на LiFePO4 и понял, что революция откладывается...
Трусов Л. А., 08 декабря 2010 01:48 
в библиотеке?
Трусов Л. А., 08 декабря 2010 21:58 
не понимаю, что такое "материал по термическому разложению солей марганца".

про марганец и соли написано, например, в химической энциклопедии.

по всяким основным свойствам веществ и материалов полно информации в SpringerMaterials.

если нужны статьи, то ищем во всяких scholar.google.com, sciencedirect.com, www.scirus.com и т.п.

если нет доступа, то можно запросить у имеющих по конкретным ссылкам.

а так я сомневаюсь, что кто-то будет за Вас искать непонятно что. странно, что дипломники не могут найти литературу. даже страшно представить такое.
Владимир Владимирович, 08 декабря 2010 21:59 
Что-нибудь, где-нибудь (ведь есть у марганца разные соли, которые разнообразно разлагаются) - да вот

P.S. Ух ты, кажется я точнехонько подгадал, чтоб "развеять сомнения" Льва Артемовича

P.P.S. Действительно, "страшно"
Хотелось бы статью на которую ссылаются увидеть.
Dialog Expert DialogExpert, 06 июня 2012 17:37 
«ВЕДРО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА»

Конструкторский коллектив, возглавляемый инженером Овчаровым В.В. разработал конструкцию энергонакопителя электрического тока большой удельной емкости. Конструкция накопителя электрической энергии основана на общеизвестных физических принципах, обладает высокой технологичностью в производстве и низкой себестоимостью. В конструкции применяются экологически чистые материалы, не требующие специальной утилизации. Конструкция может быть любого размера, формы и является хорошим конструкционным материалом способным нести механические нагрузки (возможны варианты монолитнотвердый или тканеобразный) На основе стандартного оборудования разработана универсальная технология производства элементов питания различного назначения от микро до макро размера. http://energ....narod2.ru/

Характеристики «НЭО»:
• Зарядное напряжение: 50-600В. (в зависимости от источника)
• Зарядный ток 1-1000А. (в зависимости от источника)
• Число циклов заряда-разряда: >10 6 (более 20лет гарантированной службы)
• Время зарядки зависит от источника, возможна мгновенная зарядка (импульс).
• Напряжение ячейки: <600В. (без использования последовательного соединения)
• Разрядное напряжение 12-36В. (в зависимости от источника потребления)
• Разрядный ток: 1-1000А. (в зависимости от источника потребления)
• Время разрядки зависит от источника потребления, возможна мгновенная разрядка (импульс).
• Из-за конструктивных особенностей при зарядке и разрядке конструкция не нагревается.
• Интервал рабочих температур: от -70 С0до +250 С0 (при минусовых температурах удельная ёмкость возрастает).
• Удельная энергия – ~10 3 - 10 5кДж/кг 0,5-28кВт-час/кг (напряжение в ячейке 20-100В)
• Удельная мощность - ~10 3 - 10 5кВт/кг (развивает изделие весом 1кг)
• Ток утечки в A: 10-6 - 10-9 (ток саморазряда не более 3% в год, что создает возможность длительного хранения)
• Плотность изделия – 1,5-3 кг/дм3 (соотношение размера и веса) http://www.a.../energo.php
http://fzp.su/?page_id=419

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Микрофазовое разделение в блок-сополимерах
Микрофазовое разделение в блок-сополимерах

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 &#215; 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.