นักวิจัยในประเทศเนเธอร์แลนด์และจีนได้เปิดเผยโมเดลใหม่ที่คาดการณ์ช่วงเวลาการชาร์จของตัวเก็บประจุยิ่งยวดได้แม่นยำกว่าที่เคยเป็นมา Cheng Lianและเพื่อนร่วมงานที่ Utrecht University และ East China University of Science and Technology ได้สร้างแบบจำลองโดยอธิบายโครงสร้างที่มีรูพรุนที่ซับซ้อนภายใน supercapacitor เป็นกองของแผ่นอิเล็กโทรดแบบบาง
งานของพวกเขาสามารถปรับปรุงความสามารถ
ของเราในการทำนายลักษณะการชาร์จของระบบกักเก็บพลังงาน supercapacitor ที่ใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงยานพาหนะไฟฟ้าและไฟถนนที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ใช้ในการใช้งานที่หลากหลายซึ่งต้องใช้พลังงานไฟฟ้าค่อนข้างสั้นและรุนแรง อยู่ระหว่างตัวเก็บประจุทั่วไปและแบตเตอรี่ในแง่ของความเร็วการชาร์จ/การคายประจุและความจุพลังงาน ตัวเก็บประจุยิ่งยวดเก็บประจุได้มากกว่าตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกทั่วไปโดยใช้อิเล็กโทรดที่มีรูพรุน ซึ่งสามารถมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ถึงหลายตารางกิโลเมตร ข้อเสียที่สำคัญของ nanopores เหล่านี้คือ supercapacitors ใช้เวลาในการชาร์จนานกว่าลูกพี่ลูกน้องทั่วไป
ขณะนี้ยังมีความเข้าใจที่ไม่ค่อยดีว่าโครงสร้างนาโนพอร์สามารถปรับปรุงให้เหมาะสมเพื่อลดเวลาในการชาร์จได้อย่างไร แนวทางหนึ่งคือการพัฒนาแบบจำลองขนาดมหภาคที่ปรับพารามิเตอร์ให้เข้ากับการวัดเชิงทดลองของกระบวนการชาร์จ ปัญหาของวิธีนี้คือดูเหมือนว่าจะมีความสอดคล้องกันน้อยมากระหว่างพารามิเตอร์และฟิสิกส์พื้นฐานของตัวเก็บประจุยิ่งยวด
ขัดแย้งกันมากนักวิจัยยังได้ทำการจำลอง
ไดนามิกในระดับโมเลกุล ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการชาร์จของนาโนพอร์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สองสามตัว อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้เพื่อคาดการณ์เวลาในการชาร์จของอุปกรณ์จริง ผลลัพธ์ที่ได้จะประเมินเวลาในการชาร์จต่ำเกินไปถึง 10 12เท่า
อ่านเพิ่มเติมแผนผังแสดงวิธีที่โครงสร้างรูพรุนแบบลำดับชั้นส่งเสริมความจุยิ่งยวดในวัสดุอิเล็กโทรดที่ได้จากพืช
Supercapacitor nano-architecture: การออกแบบอนาคตที่ขับเคลื่อนด้วยพืช
ในการศึกษาของพวกเขา ทีมของ Lian ได้ใช้แนวทางใหม่ทั้งหมดซึ่งใกล้เคียงกับอิเล็กโทรดเป็นกองของเพลตที่มีประจุที่แบนราบ ดูดซึมได้เต็มที่ และมีประจุที่บางน้อยมาก ช่องว่างระหว่างเพลตมีขนาดเท่ากันกับเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนนาโนทั่วไป และนักวิจัยพบว่าโมเดลใหม่ของพวกมันสามารถสร้างคุณลักษณะของตัวเก็บประจุยิ่งยวดทั้งในระดับไมครอนและนาโนเมตรได้อย่างน่าเชื่อถือ
Lian และเพื่อนร่วมงานใช้แบบจำลอง
ของพวกเขาเพื่อสำรวจช่วงเวลาลักษณะเฉพาะของการชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงและต่ำ ซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกลไกทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการชาร์จ ด้วยความเรียบง่ายของแบบจำลอง ช่วงเวลาในการชาร์จที่คาดการณ์ไว้นั้นสอดคล้องกับค่าการทดลองอย่างมาก ต่างกันด้วยปัจจัยเพียงสองหรือสาม แทนที่จะเป็นลำดับความสำคัญ ทีมงานหวังว่าในไม่ช้าโมเดลของพวกเขาจะช่วยให้นักวิจัยและวิศวกรในสาขาต่างๆ สามารถออกแบบอุปกรณ์ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการจัดเก็บพลังงาน
การตรวจจับทางอ้อม
ในการวัดนี้ โฟตอนเดี่ยวจะถูกปล่อยออกมาในทิศทางแบบสุ่ม ทำให้ยากต่อการตรวจจับโดยตรง แต่ Hennrich และเพื่อนร่วมงานได้ดำเนินการสิ่งที่เรียกว่ากระบวนการเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แทน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการใช้พัลส์เลเซอร์ที่เผยให้เห็นถึงการรวมกันที่เป็นไปได้ของสถานะการทับซ้อน ไม่ว่าการซ้อนทับจะถูกทำลายหรือรักษาไว้
ทำซ้ำขั้นตอนนี้หลายครั้ง นักวิจัยพบว่าการกระตุ้นและการปล่อยมลพิษทำลาย superpositions ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับสถานะที่ถูกตรวจสอบ อย่างไรก็ตาม การทับซ้อนอื่นๆ ยังคงไม่บุบสลาย จากข้อมูลของ Hennrich สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ดำเนินการวัดในอุดมคติแล้ว ยิ่งไปกว่านั้น ความจริงที่ว่าพวกมันไม่จำเป็นต้องตรวจจับโฟตอนที่ปล่อยออกมา แสดงให้เห็นว่ากระบวนการวัดไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของผู้สังเกตการณ์ “มันเกิดขึ้นแล้วเนื่องจากโฟตอนเรืองแสงหนึ่งตัวถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม” เขากล่าว
การวัดที่อ่อนแอ
จากนั้นกลุ่มได้ศึกษาพลวัตของกระบวนการวัดโดยเปลี่ยนพลังของเลเซอร์ที่ใช้ในการกระตุ้นไอออน แนวคิดคือการลดพลังงานเพื่อไม่ให้ไอออนรับประกันการเรืองแสงอีกต่อไป แทนที่จะทำเช่นนั้นเพียงเศษเสี้ยวของเวลา เนื่องจากการเรืองแสงเป็นไปได้น้อยกว่าที่พลังงานที่ต่ำกว่า Hennrich อธิบายว่าการวัดที่อ่อนแอหรือไม่สมบูรณ์เหล่านี้จะเทียบเท่ากับขั้นตอนกลางในกระบวนการวัด – กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ “ภาพรวม” ของกระบวนการนั้น
โดยการทำเอกซเรย์ในระดับพลังงานที่แตกต่างกันเหล่านี้ Hennrich และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการวัดทำให้การซ้อนทับค่อยๆ ยุบลง (แม้ว่ากระบวนการทั้งหมดจะสิ้นสุดลงในเวลาประมาณหนึ่งในล้านของวินาที) พวกเขาพบว่าระดับของการซ้อนทับกันระหว่างสถานะต่างๆ ของไอออนนั้นตรงกับที่คาดการณ์โดยแบบจำลองของลูเดอร์ส 94% ของเวลาทั้งหมด
Credit : superettedebever.net superkitcar.net tagheuerwatch.net themefactory.org torviscas.com
