Genombrott inom energilagring: Nya superkondensatorer

Enligt en ny studie från Massachusetts Institute of Technology (MIT) kan de två vanligaste materialen i mänsklighetens historia, cement och kimrök (liknande mycket fint träkol), bli de grundläggande råvarorna för en ny lågkostnadsenergilagring systemet.

MIT-forskare har funnit att dessa två material kan kombineras med vatten för att göra superkondensatorer (ersättningar för batterier), som kan lagra elektrisk energi. Det sägs att denna teknik kan upprätthålla stabilitet i energinätet trots fluktuationer i förnybar energiförsörjning, och därigenom främja användningen av förnybar energi som sol-, vind- och tidvattenkraft.
 

Forskare säger till exempel att deras superkondensatorer i slutändan kan integreras i betonggrunden i ett hus, där de kan lagra energi under en hel dag till mycket liten (eller ingen) kostnad och ändå ge den strukturella styrka som krävs för hemmet. Forskarna tänker sig också att bygga en betongväg som kan ge beröringsfri laddning för elfordon som kör på denna väg.

De senaste forskningsrönen har nyligen publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

En kondensator är en mycket enkel anordning i princip, bestående av två ledande plattor nedsänkta i elektrolyten och åtskilda av ett membran. När en spänning appliceras på en kondensator ackumuleras positivt laddade joner från elektrolyten på den negativt laddade plattan, medan positivt laddade plattor ackumulerar negativt laddade joner.

På grund av att membranet mellan plattorna förhindrar migration av laddade joner, skapar denna separation av laddningar ett elektriskt fält mellan plattorna, och kondensatorn laddas. Dessa två kort kan upprätthålla detta par av laddningar under en lång tid och sedan tillhandahålla dem mycket snabbt när det behövs. En superkondensator är en kondensator som kan lagra extremt stora mängder laddning.
Mängden elektricitet en kondensator kan lagra beror på den totala ytan av dess ledande platta. Nyckeln till den nya superkondensatorn som utvecklats av teamet ligger i en metod för att producera cementbaserade material, som har extremt hög inre yta på grund av deras täta och sammankopplade ledande materialnätverk inom sin volym.

Specifikt uppnådde forskare detta mål genom att placera mycket ledande kimrök, cementpulver och vatten i en betongblandning och låta den stelna. När vatten reagerar med cement bildar det naturligt ett grennät i strukturen, och kol migrerar in i dessa utrymmen och bildar en linjär struktur i den härdade cementen.

Dessa strukturer har en kluven struktur, med större grenar som ger upphov till mindre grenar, och så vidare, som slutligen bildar en mycket stor yta inom ett relativt litet volymområde.
Sänk sedan ner detta material i ett standardelektrolytmaterial, såsom kaliumklorid (ett salt), som ger laddade partiklar som ackumuleras på kolstrukturen. Forskare har funnit att två elektroder gjorda av detta material är åtskilda av ett tunt utrymme eller isoleringsskikt, vilket bildar en mycket kraftfull superkondensator.

Forskare påpekar att cement och kimrök är två material med en historia på minst två tusen år. "När du kombinerar dem på ett specifikt sätt får du ett ledande nanokompositmaterial, det är då saker och ting blir riktigt intressanta. Dessutom är den erforderliga kolhalten mycket liten och står för endast 3 procent av blandningsvolymen, vilket kan bilda en permeabel kolnät.
Forskare säger att superkondensatorer gjorda av detta material har stor potential för att hjälpa världen att övergå till förnybar energi. De huvudsakliga källorna till icke-utsläppsenergi, såsom vindenergi, solenergi och tidvattenenergi, genererar alla sin produktion vid varierande tidpunkter, som ofta är oförenliga med elanvändningens topp. Därför är metoder för att lagra el viktiga.

Efterfrågan på storskaliga energilagringssystem är mycket hög, och befintliga batterier är för dyra och är främst beroende av material som litium. Tillgången på litium är begränsad, så det finns ett akut behov av billigare alternativ. Det är här vår teknik är mycket lovande eftersom cement finns överallt, sa de.
Forskargruppen beräknade att en 45 kubikmeter stor nano-kolsvartdopad betong (motsvarande en kub med en diameter på cirka 3,5 meter) skulle ha tillräcklig kapacitet för att lagra cirka 10-kilowatttimmar av energi, vilket anses vara genomsnittlig daglig elförbrukning i ett hushåll. På grund av betongens förmåga att behålla sin styrka kan hus byggda på detta material lagra energin som genereras av solpaneler eller väderkvarnar under en dag och användas när det behövs. Dessutom är laddnings- och urladdningshastigheten för superkondensatorer mycket snabbare än för batterier.
Forskare säger också att den första användningen av denna teknik kan vara i isolerade hem, byggnader eller skyddsrum långt från elnätet, som kan drivas av solpaneler anslutna till cementsuperkondensatorer.
De sa att systemet är mycket skalbart eftersom energilagringskapaciteten är en direkt funktion av elektrodvolymen. Du kan förvandla en 1 mm tjock elektrod till en 1 m tjock elektrod, och genom att göra det kan du i princip utöka din energilagringskapacitet, från att tända en LED i några sekunder till att förse hela huset med ström.

Vårt företag är fokuserat på kopparändlock av högsta kvalitet, säkringsterminalkontakter, (ELFORDON) EV-filmkondensatorsamlingsskena, (SOLAR POWER) PV-inverterskena, laminerad samlingsskena, aluminiumhöljen för nya energibatterier, koppar/mässing/aluminium/rostfritt stål Stämplingsdelar och andra elektriska produkter Metallstämpling och svetsmontering i över 18 år i Kina. Vi började som en liten verksamhet, men har nu blivit en av de ledande leverantörerna inom el- och solcellsindustrin i Kina.

Om du har några behov är du välkommen att kontakta oss så svarar vi så snart som möjligt!