|
Революционные исследования в хранении энергии
|
|
|
|
Обладая множеством впечатляющих свойств, карбиды переходных металлов, обычно называемые MXenes, представляют собой интересные наноматериалы, изучаемые в секторе хранения энергии. MXenes — это двумерные материалы, состоящие из чешуек толщиной всего несколько нанометров. Их выдающаяся механическая прочность, сверхвысокое соотношение поверхности к объему и превосходная электрохимическая стабильность делают их многообещающими кандидатами в качестве суперконденсаторов, то есть до тех пор, пока их можно разместить в трехмерных архитектурах, где имеется достаточный объем наноматериалов и их большие поверхности доступен для реакций. Во время обработки MXenes имеют тенденцию складываться заново, что ставит под угрозу доступность и затрудняет работу отдельных чешуек, тем самым уменьшая некоторые из их существенных преимуществ. Чтобы обойти это препятствие, Рахул Панат и Бурак Оздоганлар вместе с доктором философии. Кандидат Мерт Арсланоглу с факультета машиностроения Университета Карнеги-Меллона разработал совершенно новую систему материалов, которая объединяет 2D-нанолисты MXene в 3D-структуру.
|
|
|
|
Это достигается путем проникновения MXene в пористый керамический каркас или основу. Керамическая основа изготавливается с использованием технологии замораживания, которая позволяет создавать структуры с открытыми порами с контролируемыми размерами пор и их направленностью. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials. «Мы можем проникать хлопьями MXene, диспергированными в растворителе, в пористую керамическую структуру, отлитую замораживанием», — объяснил Панат, профессор машиностроения. «По мере высыхания системы чешуйки 2D MXene равномерно покрывают внутренние поверхности взаимосвязанных пор керамики, не теряя при этом каких-либо существенных свойств». Как описано в их более ранней публикации, растворителем, используемым в их методе замораживания, является химическое вещество под названием камфен, которое при замораживании образует древовидные дендритные структуры. Другие типы распределения пор также можно получить, используя различные растворители.
|
|
|
Для тестирования образцов команда сконструировала двухэлектродные суперконденсаторы «сэндвич-типа» и подключила их к светодиодной лампе с рабочим напряжением 2,5 В. Суперконденсаторы успешно питали свет с более высокими значениями плотности мощности и энергии, чем ранее получались для любых суперконденсаторов на основе MXene. «Мы не только продемонстрировали исключительный способ использования MXene, мы сделали это воспроизводимым и масштабируемым способом», — сказал Оздоганлар, также профессор машиностроения. «Наша новая система материалов может производиться серийно желаемых размеров для использования в коммерческих устройствах. Мы считаем, что это может оказать огромное влияние на устройства хранения энергии и, следовательно, на такие приложения, как электромобили».
|
|
|
|
Благодаря выдающимся экспериментальным результатам и электропроводности, которую можно точно регулировать, контролируя концентрацию MXene и пористость основной цепи, эта система материалов имеет далеко идущий потенциал для батарей, топливных элементов, систем декарбонизации и каталитических устройств. Возможно, однажды мы даже увидим, как суперконденсатор MXene приводит в действие наши электромобили. «Наш подход можно применить к другим наноматериалам, таким как графен, а основу можно построить из материалов, помимо керамики, включая полимеры и металлы», — сказал Панат. «Эта структура может обеспечить широкий спектр новых и новых технологических приложений».
|
|
|
|
Источник
|
