Гибкий псевдоконденцатор не поддается экстремальным условиям

Ареальная емкость устройства при различных рабочих температурах.Кредит: Wiley-Vch

В течение десятилетий батареи были краеугольным камнем хранения энергии, предлагая высокую плотность энергии, но страдая от проблем с безопасностью и ограниченными характеристиками при экстремальных температурах.Между тем, конденсаторы, известные своей высокой мощностью и долговечностью, изо всех сил пытались соответствовать плотности энергии батарей.Введите псевдокапациторы - обосновывая, что они преодолевают зазор между батареями и конденсаторами, предлагая высокую мощность и плотность энергии.

Приводящим в пользу любопытство изучить альтернативные решения традиционных батарей, я отправился в путешествие, чтобы разблокировать потенциал псевдокапациторов.Работа опубликована в журнале Small.

Наряду с моими коллегами, доктор Чиродеп Бакли (ИИТ Харагпур, Индия) и доктор Хиньонг Юнг (GNU, Южная Корея), мы отправились на неизведанную территорию, раздвинув границы технологии энергии для власти личной и переносной гибкой электроники в экстремальных условиях климата.- Скажите, на вершине горы Эверест или в долине Смерти - с высокой плотностью энергии/мощности, максимальной оперативной безопасностью и сроком службы ультралонг -цикла.

С моей докторской степеньюУченый, Ядав Прахлад, я разрабатывал катодные материалы на основе оксида ванадия для водных ионных батарей.Мы обнаружили, что определенная фаза оксида ванадия также демонстрирует высокую псевдокапатийность в водных электролитах.Тем не менее, плохое окно электрохимической стабильности электролита на основе водной основы ограничивает работу ячейки до ~ 1 В, что слишком низко, чтобы повысить плотность энергии.

Переключившись от обычного в-водного в воду на электролит типа с водой в соль, мы наблюдали значительное улучшение окна эксплуатационного напряжения (~ 2,5 В) и емкости, что приводило к высокой плотности энергии.Тем не менее, при только электролите с водой в соль, который представляет собой высококонцентрированный электролит, работа с низкой температурой ограничена из-за осаждения соли при низкой температуре.Но для практических применений мы искали электролит, который мог бы поддерживать высокое рабочее напряжение и эксплуатироваться в любой среде, включая самые холодные или самые горячие территории.

Мы представили 2,5 В, полностью климатический операционный псевдокапациатор, построенный с лазерными, поддерживаемыми графеном, электроокированными оксидами ванадия в виде электродов и нового гибридного электролита с высокой энергией и силовой плотностьПолем

Наш прорыв произошел с развитием нового электрода-материала: электроодепозема на оксид ванадие (V5O12 · 6H2O), проведенному на междигитальном рисунке, полученном из полиимидного фильма с использованием лазера CO2.Изготовление устройства быстрое, а архитектура электродов может быть спроектирована в небольших масштабах в соответствии с применениями в миниатюрной электронике.

Дополнение электрода представляет собой новый гибридный гибридный (желающий) электролит воды, который расширяет диапазон рабочих температур псевдокапацитора до беспрецедентного от -40 ° C до 60 ° C. Электролит желания состоит из высокой концентрации (17 м)Натриевая перхлоратная соль, растворенная в растворительном смеси воды и этиленгликоля.Этиленгликоль является хорошо известным антимерным агентом, чтобы увеличить предел эксплуатации до -40 ° C.

Используемый электролит является цеплемым;Таким образом, не существует пожарных опасностей или проблем с тепловой взлетно-посадочной полосой, которые часто являются проблемой с высоковольтными устройствами, использующими органические электролиты.Наш псевдокапакарт демонстрирует высокую энергию и мощность с ареальной емкостью 234,7 мл/см2 при комнатной температуре, что соответствует высокой плотности энергии 203,7 мкВт/см2.

Даже при охлаждении кости -40 ° C он сохраняет грозную емкость 129,8 мл/см2.Кроме того, после 80 950 циклов заряда рассылки при комнатной температуре он сохранил 76% своей первоначальной емкости, подчеркивая ее замечательную стабильность и долговечность.Мой коллега, доктор Чиродеп Бакли из IIT Kharagpur, помог нам понять межфазное взаимодействие на интерфейсе электрод-электролита при разных температурах.

Значение этого достижения выходит за рамки научного прогресса.Он представляет собой сдвиг парадигмы в технологии хранения энергии, который приоритет универсальности, надежности и устойчивости.От питания удаленных датчиков в суровом климате до обеспечения интеграции возобновляемых источников энергии, гибкие псевдокапациторы держат ключ к более чистому, более устойчивому энергетическому будущему.

Эта история является частью диалога Science X, где исследователи могут сообщить о результатах из своих опубликованных исследовательских статей.Посетите эту страницу для получения информации о диалоговом окне Science X и о том, как участвовать.

Больше информации: Prahlad Yadav et al., 2,5 В, пролегающий гибкий, с помощью беспрецедентной энергии и эффективности велосипеда для применений для всех автоматов, малых (2024).Doi: 10.1002/smll.202400975

Доктор Дебасис Гош - доцент в Центре нано и материальных наук, Джейн (считается университетом).Он также является приглашенным профессором в Национальном университете Гёнсанг, Южная Корея.Его исследовательский интерес связан с различными аккумуляторами, суперконденсаторами и производством водорода.