超高速イオントンネル

私たちは、電気で動くデバイスでいっぱいの現代の世界に住んでいます。 新しいテクノロジーの開発により、携帯電話、ラップトップ、タブレット、その他の多くのモバイルデバイスがあらゆる段階で使用できるようになります。 リチウムイオン電池、いわゆるリチウムイオン充電式電池は、モバイルデバイスへの電力供給に最も一般的に使用されていますが、充電が遅く、耐用年数が短く、環境汚染（コバルトなどの重金属の含有量が高いため）が原因です。ますます注目が集まっています スーパーキャパシタ 指示された。 これらは、 電池 と コンデンサ コンバイン。 それは何に関連していますか？ より長い耐用年数、より簡単なリサイクル、そして何よりもより速い充電、つまり時間の節約を意味します。 結局のところ、時は金なりです。

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その利点 スーパーキャパシタ XNUMXつの基本的な要素で構成される構造にあります。 XNUMXつ目は、短絡から保護する多孔質材料によって互いに分離されたXNUMXつの高多孔質電極のシステムです。 ほとんどの場合、スーパーキャパシタのこの部分は、これらのデバイスで使用されている活性炭に基づいて作られています。 その細孔には、スーパーキャパシタのXNUMX番目の重要なコンポーネントである電解質があります。電解質にはイオン、つまり電荷が与えられた原子（正に帯電した陽イオンと負に帯電した陰イオン）が含まれています。 電極間に印加される電圧に応じて、イオンは多孔質材料内を移動できます。 興味深いことに、そうすることができます より多くのエネルギー デバイスに保存されると、電極の内側により多くの細孔があります。 ケースなどの部品を無視すれば、それだけだと言えます。

しかし、スーパーキャパシタを非常に有望なものにしているのは何ですか エネルギーを節約？ これらは、前述の細孔とイオンの移動方法です。 多孔質電極内のチャネルの直径と長さは非常に重要です。 細孔が広い場合、デバイスは急速に充電されますが、エネルギーはほとんど供給されません。一方、直径が小さい場合、より多くのエネルギーを供給できますが、デバイスの充電ははるかに遅くなります。 それで、狭い細孔内のイオンを加速する方法はありますか？ ポーランド科学アカデミー（IPC PAS）の物理化学研究所の科学者であるSvyatoslaw Kondratは、これについてジャーナルNatureCommunicationsのXNUMX月号に書いています。

研究の著者は多孔質材料を使用しました カーボンベース 細孔径がナノメートル未満であるため、1nmはXNUMX億分のXNUMXメートルであることに注意してください。 したがって、これらの細孔は非常に小さいため、人間の目では見ることができません。 液体状態の塩に過ぎないが、水などの溶媒を含まないイオン液体を材料に含浸させた。 したがって、イオン液体は液化塩です。 イオン液体からのイオンが細孔を満たし、電極間に電圧が印加されると、それらは動き始めます。 しかし、分極が長く続くとどうなりますか？ すべてのイオンが同じ速度で移動していますか？ 残念ながら、電極内のイオンはトンネル内の車のように振る舞い、反対方向に移動します。 さらに、高速道路のように複数の車線ではなく、それぞれがXNUMXつの車線を移動します。 XNUMX台でもスタックすると、他の車がブレーキをかけ始めます。 これにより、トンネルの容量が減少し、交通渋滞が発生します。 同じことが、にある毛穴でも起こります スーパーコンデンサー 場所が詰まる。 これにより、デバイスの効率が低下し、特に 読み込み時間の短縮.