Туннель сверхбыстрых ионов

Мы живем в современном мире, полном устройств, работающих от электричества. Развитие новых технологий гарантирует, что сотовые телефоны, ноутбуки, планшеты и многие другие мобильные устройства будут с нами на каждом этапе пути. Литий-ионные батареи, так называемые литий-ионные аккумуляторные батареи, чаще всего используются для питания мобильных устройств, но из-за их медленной зарядки, короткого срока службы и загрязнения окружающей среды (из-за высокого содержания тяжелых металлов, например кобальта), все больше внимания уделяется Супер конденсаторы направлен. Это устройства, обладающие свойствами батареи и Конденсаторы объединить. С чем это связано? Более длительный срок службы, более легкая переработка и, прежде всего, более быстрая зарядка, что означает экономию времени. В конце концов, время - деньги.

Источник изображения: Pixabay

Преимущества Супер конденсаторы лежат в их структуре, состоящей из двух основных элементов. Первая представляет собой систему, состоящую из двух высокопористых электродов, разделенных друг от друга пористым материалом, который защищает их от коротких замыканий. Чаще всего эта часть суперконденсатора изготавливается на основе активированного угля, который неспроста используется в этих устройствах. В его порах находится второй ключевой компонент суперконденсатора - электролит, который содержит ионы, то есть атомы, наделенные электрическим зарядом (положительно заряженные - катионы и отрицательно заряженные - анионы). В зависимости от напряжения, приложенного между электродами, ионы могут перемещаться внутри пористого материала. Интересно, что так можно больше энергии хранится в приборе, тем больше пор внутри электродов. Если не обращать внимания на такие компоненты, как корпус и т. Д., Можно сказать, что это все.

Но что делает суперконденсаторы такими многообещающими? Экономия энергии? Это поры, упомянутые ранее, и то, как движутся ионы. Диаметр и длина каналов внутри пористых электродов имеют решающее значение. Если поры широкие, устройство заряжается быстро, но дает мало энергии, тогда как при уменьшении диаметра может передаваться больше энергии, но устройство заряжается намного медленнее. Так есть ли способ ускорить ионы в узких порах? Об этом в ноябрьском номере журнала Nature Communications написал Святослав Кондрат, ученый из Института физической химии Польской академии наук (IPC PAS).

Авторы исследования использовали пористый материал. Углеродистые с диаметром пор менее нанометра, при этом следует отметить, что 1 нм составляет одну миллиардную часть метра. Эти поры настолько малы, что не видны человеческому глазу. Материал был пропитан ионной жидкостью, которая представляет собой не что иное, как соль в жидком состоянии, но не содержит растворителя, такого как вода. Таким образом, ионная жидкость представляет собой сжиженную соль. Ионы из ионной жидкости заполняют поры, и при приложении напряжения между электродами они начинают двигаться. Но что произойдет, если поляризация будет длиться дольше? Все ли ионы движутся с одинаковой скоростью? К сожалению, ионы внутри электродов ведут себя как автомобили в туннеле, двигаясь в противоположных направлениях. Кроме того, каждый из них движется по одной полосе, а не по нескольким, как по шоссе. Если хоть одна машина застревает, остальные начинают тормозить. Это снижает пропускную способность туннеля и образует пробку. То же самое происходит с порами, которые находятся в суперконденсатор засорение местами. Это приводит к снижению КПД устройства, в частности к Сокращение времени загрузки.