Среда, 21 февраля, 2024
ДомойТехнологииУченые обнаружили суперконденсатор в форме нити

Ученые обнаружили суперконденсатор в форме нити

- Advertisement -

Суперконденсаторы в форме нитей, созданные исследователями штата Северная Каролина из Текстильного колледжа Вильсона. 1 кредит

С ростом интереса к носимым технологиям параллельно активизировались усилия по разработке решений для хранения энергии, которые можно интегрировать в ткани. Ученые из Университета штата Северная Каролина обнаружили «золотую середину», где нитевидная технология хранения энергии, известная как «нитевидный суперконденсатор» (YSC), обеспечивает самый высокий и наиболее эффективный поток энергии на единицу длины.

«Когда дело доходит до длины YSC, это компромисс между мощностью и энергией», — сказал Вэй Гао, автор статьи об этой работе и доцент кафедры текстильного машиностроения, химии и науки в штате Северная Каролина. «Речь идет не только о том, сколько энергии вы можете сохранить, но и о внутреннем сопротивлении, которое нас волнует».

В частности, исследователи обнаружили, что YSC в диапазоне 40–60 сантиметров обеспечивают наилучшую общую выработку энергии.

Результаты исследования и методология

Предыдущие исследования YSC дали разнообразные, а иногда и противоречивые результаты, когда речь шла о зависимости выходной энергии от длины. Цель нового исследования, по словам Гао, заключалась в том, чтобы предоставить последовательную, комплексную модель, объясняющую изменения в производительности YSC в широком диапазоне длин.

Для этого исследователи сначала изготовили несколько YSC, используя пары электродных нитей с активированным углем и гелевый электролит. Нейлоновые нити были обернуты вокруг каждой нити, чтобы предотвратить короткое замыкание, а затем два электрода были сложены вместе и дополнительно покрыты тем же гелевым электролитом. Исследователи создали эти YSC в виде сегментов длиной от 10 до 300 см, а затем пропустили через них электрические токи различной частоты. Это позволило им измерить две характеристики; внутреннее сопротивление, которое измеряет, насколько электрический ток задерживается при попытке пройти через батарею, и емкость, которая является способностью хранить электрическую энергию.

Исследователи обнаружили, что емкость обычно увеличивается линейно при длине от 10 до 60 см, после чего прирост емкости значительно замедляется по мере увеличения длины. На результаты также повлияла частота электричества – или скорость, с которой колеблется электрический ток. В зависимости от электрической частоты тока YSC будут наблюдать уменьшение прироста емкости до 300 см в длину, хотя некоторые из них стабилизировались на отметке около 150 см. Математические модели также показали, что YSC длиной 40–80 см демонстрируют самое низкое внутреннее сопротивление, что привело исследователей к выводу, что длина 40–60 см в целом является наиболее эффективной.

Потенциальные применения и будущие направления

Ведущий автор Нанфэй Хэ, научный сотрудник штата Северная Каролина, сказал, что исследование является частью более масштабных усилий, направленных на создание YSC, которые можно будет интегрировать в одежду.

«Определение оптимальной длины YSC имеет решающее значение для их эффективного использования и определяет стратегию плавной интеграции в фабрики», — сказал он.

Финансирование исследования поступило от Исследовательского управления армии США, и Гао сказала, что, по ее мнению, первые применения YSC будут в основном ориентированы на военные нужды.

«Представьте, что вы можете сделать пряжу, обычную текстильную пряжу, из которой также можно сделать батарею», — сказал Гао. «По сути, вы можете спрятать это в своей одежде. Если вы сможете это сделать, вы сможете добавить к своей одежде гораздо больше функций».

Прежде чем YSC станут пригодными для практического применения, необходимо провести дополнительную работу.

«Технология еще не созрела, и именно поэтому существует так много финансирования и такой большой интерес к ее развитию», — сказал Гао. «Мы можем производить батарейки из пряжи, но можем ли мы сделать их долговечными, надежными и безопасными? Можем ли мы сделать их моющимися? Если вы собираетесь надеть его на свое тело, помимо его функции накопления энергии, существует множество других проблем. Сейчас мы сосредоточены на аспекте надежности, следя за тем, чтобы, если вы будете скручивать и перемещать пряжу, она все равно будет работать. Это плюс безопасность являются основными проблемами, и я думаю, что как только мы достигнем этих двух целей, это значительно расширит сферу их применения».

Ссылка: «Моделирование суперконденсаторов в форме нитей – определение выходной мощности, зависящей от длины», Нанфей Хэ, Си Чжан, Цзюньхуа Сун, Фэн Чжао и Вэй Гао, 18 января 2024 г., Журнал источников энергии.
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2024.234067

Соавторами статьи являются Наньфей Хэ, постдокторант из штата Северная Каролина, Си Чжан, исследователь из Технологического института Яньчэн, а также Цзюньхуа Сун и Фэн Чжао из Storagenergy Technologies, Inc.

Работа выполнена при поддержке Исследовательского управления армии США в рамках грантов W911NF19C0074 и W911NF18C0086.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме