Углеродный материал установил рекорд по хранению энергии
Руководствуясь машинным обучением, химики Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики разработали рекордный углеродосодержащий суперконденсаторный материал, который сохраняет в четыре раза больше энергии, чем лучший коммерческий материал. Суперконденсатор, изготовленный из нового материала, сможет хранить больше энергии, улучшая рекуперативные тормоза, силовую электронику и вспомогательные источники питания. «Объединив метод, основанный на данных, и наш исследовательский опыт, мы создали углеродный материал с улучшенными физико-химическими и электрохимическими свойствами, который вывел границы хранения энергии для углеродных суперконденсаторов на новый уровень», — сказал химик Тао Ван из ORNL и Университета США. Теннесси, Ноксвилл. Ван возглавил исследование под названием «Обнаружение с помощью машинного обучения богатых кислородом высокопористых углеродных активных материалов для водных суперконденсаторов» и опубликовано в журнале Nature Communications вместе с химиком Шэн Даем из ORNL и UTK. «Это самая высокая зарегистрированная емкость хранения пористого углерода», — сказал Дай, который задумал и спланировал эксперименты вместе с Вангом. «Это настоящая веха».
Исследователи провели исследование в Центре реакций, структур и транспорта жидкости на границе раздела жидкостей, или FIRST, исследовательском центре пограничных исследований Министерства энергетики США под руководством ORNL, который работал с 2009 по 2022 год. Его партнеры в трех национальных лабораториях и семи университетах исследовали реакции на границе раздела жидкость-твердое тело. имеющие последствия для емкостного хранения электрической энергии. Емкость – это способность собирать и хранить электрический заряд. Когда дело доходит до устройств хранения энергии, наиболее привычными являются аккумуляторы. Они преобразуют химическую энергию в электрическую и превосходно сохраняют энергию. Напротив, конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля, похожего на статическое электричество. Они не могут хранить в заданном объеме столько энергии, сколько аккумуляторы, но могут многократно перезаряжаться и не теряют способности удерживать заряд. Суперконденсаторы, например те, что питают некоторые электрические автобусы, могут хранить больше заряда, чем конденсаторы, а также заряжаться и разряжаться быстрее, чем батареи.
Коммерческие суперконденсаторы имеют два электрода — анод и катод, которые разделены и погружены в электролит. Двойные электрические слои обратимо разделяют заряды на границе раздела электролита и углерода. Материалами для изготовления электродов суперконденсаторов являются пористые углероды. Поры обеспечивают большую площадь поверхности для хранения электростатического заряда. В исследовании под руководством ORNL использовалось машинное обучение, тип искусственного интеллекта, который учится на данных для оптимизации результатов, чтобы направлять открытие превосходного материала. Рунтонг Пан, Мусен Чжоу и Цзяньчжун Ву из Калифорнийского университета в Риверсайде, университета-партнера FIRST, построили модель искусственной нейронной сети и обучили ее, чтобы поставить четкую цель: разработать «материал мечты» для доставки энергии. Модель предсказала, что наибольшая емкость угольного электрода составит 570 фарад на грамм, если углерод будет совместно легирован кислородом и азотом. Ван и Дай разработали чрезвычайно пористый легированный углерод, который обеспечит огромные площади поверхности для межфазных электрохимических реакций. Затем Ван синтезировал новый материал — богатый кислородом углеродный каркас для хранения и транспортировки заряда.
Уголь был активирован для создания большего количества пор и добавления функциональных химических групп в местах реакций окисления или восстановления. В промышленности используются активаторы, такие как гидроксид калия, для которых требуется очень высокая температура, около 800°C, которая вытесняет кислород из материала. Пять лет назад Дай разработал процесс с использованием амида натрия в качестве активирующего агента. Он работает при более низкой температуре, около 600°C, и создает больше активных участков, чем более горячий промышленный процесс. «Синтез материалов в этой «зоне Златовласки» — не слишком холодной и не слишком горячей — имел реальное значение в предотвращении разложения функциональных групп», — сказал Дай. Синтезированный материал имел емкость 611 фарад на грамм — в четыре раза выше, чем у типичного коммерческого материала. Псевдоемкость – это хранение заряда, основанное на непрерывных, быстрых и обратимых окислительно-восстановительных реакциях на поверхности электродных материалов. Псевдоемкость в результате таких реакций на участках кислорода/азота составляла 25% от общей емкости. Площадь поверхности этого материала была одной из самых высоких среди углеродсодержащих материалов — более 4000 квадратных метров на грамм.
Этот успех пришел быстро. Подход, основанный на данных, позволил Вангу и Даю за три месяца достичь того, на что раньше потребовался бы как минимум год. «Мы достигли предельных характеристик углеродных материалов», — сказал Ван. «Без цели, поставленной машинным обучением, мы бы продолжали оптимизировать материалы методом проб и ошибок, не зная их предела». Ключом к успеху было создание двух типов пор — мезопор размером от 2 до 50 нанометров, или миллиардных долей метра, и микропор размером менее 2 нанометров. В ходе экспериментального анализа химики обнаружили, что сочетание мезопор и микропор обеспечивает не только большую площадь поверхности для хранения энергии, но и каналы для транспорта электролита. Миаофанг Чи и Чжэннань Хуан из Центра наук о нанофазных материалах, пользовательского центра Министерства энергетики США в ORNL, провели сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию, чтобы охарактеризовать мезопоры, но микропоры были слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Микроскопически материал выглядит как мяч для гольфа с глубокими ямочками. Ямочки представляют собой мезопоры, а микропоры существуют в материале между ямками.
«Вы строите магистраль для транспорта ионов», — сказал Дай. «Суперконденсаторы отличаются высокой производительностью — быстрая зарядка и быстрая разрядка. В этой структуре, которую мы с Тао разработали, у вас есть более крупные поры, которые можно рассматривать как супермагистраль. Это связано с меньшими дорогами или более мелкими порами. " «Меньшие поры обеспечивают большую поверхность для хранения заряда, но более крупные поры подобны шоссе, которое может ускорить скорость заряда/разряда», — сказал Ван. «Сбалансированное количество маленьких и больших пор может обеспечить наилучшую производительность, как предсказывает модель искусственной нейронной сети». Чтобы охарактеризовать транспорт электролита в углеродных порах, Мурильо Мартинс и Юджин Мамонтов из источника расщепленных нейтронов, пользовательского центра Министерства энергетики США в ORNL, выполнили квазиупругое рассеяние нейтронов. «Они отслеживали скорость на шоссе», — сказал Ван. «Это был первый случай, когда рассеяние нейтронов было использовано для анализа диффузии сернокислого электролита в замкнутом пространстве углеродных нанопор». Рассеяние нейтронов показало, что электролит движется с разной скоростью: быстро в мезопорах и медленно в микропорах.
Ван количественно оценил вклад емкости пор разного размера и окислительно-восстановительных реакций на их поверхности с помощью электрохимической спектроскопии модифицированного ступенчатого потенциала — метода, который можно использовать лишь в нескольких местах в мире. «Мы обнаружили, что мезопоры, легированные кислородом и азотом, вносят наибольший вклад в общую емкость», — сказал Ван. Команда FIRST провела и другие исследования физико-химических свойств. Джинлей Цуй и Такеши Кобаяши из Национальной лаборатории Эймса использовали ядерный магнитный резонанс для анализа структуры предшественников полимеров. Бишну Тапалия из ORNL и UTK провел рамановский анализ, выявивший аморфную или неупорядоченную структуру углерода. Чжэньчжэнь Ян из ЮТК и ORNL и Цзюньтянь Фан из ЮТК участвовали в измерениях площади поверхности. Это исследование может ускорить разработку и оптимизацию углеродных материалов для применения в суперконденсаторах. Хотя в этом революционном исследовании использовались лучшие на тот момент данные, теперь у ученых есть еще больше граничных данных для обучения модели машинного обучения для следующего исследования. «Используя больше данных, мы можем поставить новую цель и еще больше расширить границы углеродных суперконденсаторов», — сказал Ван. «Успешное применение машинного обучения в дизайне материалов является свидетельством силы подходов, основанных на данных, в развитии технологий».
Источник
Последние аномальные новости

Большинство наблюдений НЛО происходит на Западе США

Возможность существования жизни на Марсе в прошлом

Если бы инопланетяне раскрыли себя

Жуткие дыры в облаках над Флоридой

Запад США лучше всего подходит для обнаружения НЛО

Излучение массивных звезд формирует планетные системы

Измерили самую тяжелую пару черных дыр

ИИ раскрывает секретные дороги

ИИ распространяет фейки с угрожающей скоростью

Кому принадлежит Луна

Майли Сайрус рассказала о пугающей встрече с НЛО

Монтана и Юта идеально подходят для наблюдений НЛО

Оранжевые огни освещали побережье острова Поулис

Официальное исследование НЛО в Канаде

Охрана окружающей среды с помощью ChatGPT

Письма разведывательного управления США о НЛО

Составили карту воды в протопланетном диске

Таинственное черное кольцо замечено над Аргентиной

Уфологический ресторан в Розуэлле

Черной дыры и возникновение галактик

В британском эпицентре наблюдений НЛО

Владелец ранчо Скинуокер высказался по поводу НЛО

Где в США лучше всего наблюдать НЛО

Годовщина инцидента с мясным душем в Кентукки

Горячие точки НЛО в Шотландии

Загадочный треугольник Брод-Хейвен

Карликовые галактики реионизировали Вселенную

Карты формируют нашу жизнь, показывая нам кто мы такие

Леброн Джеймс и Барак Обама охотятся на НЛО

Лучшее место для наблюдений НЛО

Лучшие места Шотландии для наблюдения за НЛО

Необычный химический состав переменной звезды

Пилот сообщает о загадочных оранжевых огнях

Предположительно 83 года назад в Миссури видели НЛО

Представляем статуэтки пришельцев из Паскагулы

Пугающий радиосообщение пилота об НЛО

Раскрываем секреты Голливуда и теории НЛО

Сага об НЛО в Брод-Хейвен 1977 года

Сериал Симпсоны предсказали опыт Вилли Вонка

Тайна заоблачных высот Миртл-Бич

Влияние падающих спутников на климат Земли

Гигантский череп обнаружен в Антарктиде

Горячие точки НЛО в США показали на карте

Горячие точки НЛО, выявленные при анализе наблюдений НЛО

Еще одно наблюдение НЛО над Нью-Йорком

Защита астронавтов от вредной пыли на Марсе

Зонд, столкнувшийся с астероидом, изменил его форму

ИИ, нечеловеческий интеллект и колониализм

Металлический шрам обнаружен на белом карлике

Миссия LIFE может обнаружить следы жизни на экзопланетах

Могли ли тихоходки колонизировать Луну

Музыкант-уфолог написал роман о НЛО

На наблюдения НЛО влияет окружающая среда

Пилот заметил в полете НЛО

Планеты могут формироваться легче, чем считалось

Почти 100 000 наблюдений НЛО за два десятилетия

Связь окружающей среды с резким увеличением числа НЛО

Сигнал GRB 230307A был вызван слиянием нейтронных звезд

Теории заговора против вакцинации приобретают вес

Ярчайшие галактики в космической паутине

Искушающие вкусы. Сырный рай с Бри и Камамбером

Аксионные звезды расскажут, что такое темная материя

Запад США лучше всего подходит для наблюдений НЛО

ИИ-клоны людей станут поворотным моментом эволюции

Инопланетяне существуют, но мы никогда не встретимся

Капсулу с противовирусными препаратами вернули из космоса

Космическая пыль помогла зарождению жизни на Земле

Миллиардеры начали готовиться к Судному дню

Может ли ИИ помочь ученым найти инопланетян

НЛО в небе Нью-Хартфорда

НЛО заметили над Диснейлендом

НЛО играют с нашим разумом

Новые открытия в гравитационных волнах

Пилот сообщает о поразительных маневрах НЛО

Разгадка 120-летней морской тайны судна Немезида

Скептики и сторонники изменения климата

Спекуляции вокруг НЛО в Шотландии

Средиземноморский уфологический центр сообщил о НЛО

Страна монстров, где, по слухам, бродят бигфуты

Темная материя составляет более 80% всей материи

У Урана и Нептуна обнаружили новые луны

Более четкое представление о нашей галактике

Британскую Бабу Вангу считали ведьмой

В Пенсильвании были замечены НЛО

Врачи удалили 150 живых насекомых из носа пациента

Житель Австралии снял НЛО на систему видеонаблюдения

Жуткий лес недалеко от Бостона

ИИ оставит программистов без работы

Наблюдения НЛО в Джорджии

Наблюдения НЛО в ирландском небе

Наблюдения НЛО над Сицилией

Найден загадочный подземный лабиринт

НЛО замечены в небе Шотландии

НЛО сигарообразной формы сняли в зоне СВО

Обнаружили чрезвычайно красную черную дыру

Первые подробные изображения астероида

Польский монетный двор выпустил парящую монету

Предоставлено объяснение воздушным шарам над США

Странное явление на небе заметили кузбассовцы

Тайна 'Страны монстров' в Массачусетсе

Теория термоядерного синтеза на Солнце

Скрипты хайпов, для чего используются и какие бывают

Всемирный день НЛО отмечает две отдельные даты

Гигантская фигура вышла из пожара

Голливудский альянс по раскрытию информации

Изучение людьми своего генома должно быть осознанным

Инопланетяне похитили полицейского

Как бы мог выглядеть Марс Илона Маска

Лес, где регулярно замечают НЛО и бигфута

Новый способ генного редактирования растений

О встречах с НЛО сообщили более 50 лет спустя

Охотничья камера засняла жуткую фигуру

Повешенный бродяга вернулся в виде призрака

Психология великих художников. Мифы об одиночистве

Работа с ИИ требует правовых изменений

Раскрывая тайны похищения в Паскагуле

Растущая черная дыра массой в 17 миллиардов солнц

Рука призрака коснулась ребенка в кроватке

США делают новаторский поворот в дискусе об НЛО

Таинственные звери Японии. Смертоносные монстры

Чип с пластиной из алмаза для высокотехнологичного оружия

Эволюция древней Земли

Компания Чистый Лист, отзывы о chistiylist.com

Мебель-трансформер. Новые модели в 2024 году

High Yield Investment Program. Надежность и создание

Антивирус Avast продавал данных пользователей

Вода в протопланетных дисках туманности Ориона

ГМ-бананы одобрили к употреблению

Жители Нефтеюганска увидели световые столбы

Загадочные океаны гикеанских миров

Инопланетяне существуют, но мы их не встретим

Как миссионер бросил вызов папуасским колдунам

Мужчина съел 1176 таблеток ибупрофена за месяц

Научились воровать отпечатки пальцев по звукам свайпов

Национальный архив запускает базу данных НЛО

Опасность слишком большого внимания к тестам IQ

Природный феномен красный лёд у станции Восток

Психокинез юной Иоасии Гаевской

Пугающее фото над башнями-близнецами до событий 9-11

Рейтинг убежищ Великобритании от зомби-апокалипсиса

Роботы копируют голоса епископов для обмана монахинь

Сын Перси Фосетта видел маленьких человечков

Учительница заметила НЛО в форме яйца

Человека-тень заглянул в школу

Электронная музыка изменила состояние сознания

Partners Special Capital Limited - отзывы трейдеров 2024

Full stack разработчик. Ключевые навыки и рекомендации

Большой брат следит за нами из космоса

Влияние темной материи на эволюцию галактик

Военные США, озадачены неопознанным воздушным шаром

Женщина сняла возле дома большую кошку

ИИ Google Gemini AI вышел из под контроля

Как мы могли бы шпионить за внеземными сетями связи

Капсула, которая доставит космических туристов

Ключ к разгадке природы темной энергии

Нейтронная звезда на месте сверхновой SN 1987A

Первые роботы для массового рынка

Поиски пригодных для жизни Татуинов

Пополнение подземных вод в водоносном горизонте Марса

Сила и удовольствие от теорий заговора

Три года спустя поиски жизни на Марсе продолжаются

Ужасающие встречи с инопланетянами

Физика Солнца и поиск жизни за пределами Земли

Хакеры могут использовать ИИ для копирования голоса

Хиросима и первые конденсаты Солнечной системы

Черная пирамида обнаружена в отдаленном районе Аляски

Экзотический эффект квантовой интерференции в изоляторе

Виды надежных дверных замков

Долгое путешествие на Марс опасно

Зачем нам нужны високосные годы

Знаменитые наблюдения НЛО в долине Гудзона

ИИ незаметно заменяет сотрудников Google

Илон Маск отправит миллиона человек на Марс

Информация об осведомителе НЛО засекречена

Мужчины и женщины действительно устроены по-разному

Наблюдения НЛО в Северной Дакоте

НАСА ищет астронавтов, которые будут жить в модели Марса

Низколетящий НЛО оставил следы на теле

Отдел НАСА по предупреждению об астероидах

План по воскрешению вымершего дронта

Прототип телескопа Эйнштейн прошел первые тесты

Разрушение атмосферы обитаемой экзопланеты

Ранние галактики походили на нашу

Самая маленькая из когда-либо наблюдавшихся звезд

Самый высокий мужчина встретил самую низкую женщину

Совершенно секретный отчет об НЛО 1948 года

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика