Carbon–cement supercapacitors as a scalable bulk energy storage solution

超级电容器 储能 材料科学 电容 水泥 碳纤维 复合材料 电极 化学 复合数 量子力学 物理 物理化学 功率(物理)
作者
Nicolas Chanut,Damian Stefaniuk,James C. Weaver,Yunguang Zhu,Yang Shao‐Horn,Admir Mašić,Franz‐Josef Ulm
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (32) 被引量:27
标识
DOI:10.1073/pnas.2304318120
摘要

The large-scale implementation of renewable energy systems necessitates the development of energy storage solutions to effectively manage imbalances between energy supply and demand. Herein, we investigate such a scalable material solution for energy storage in supercapacitors constructed from readily available material precursors that can be locally sourced from virtually anywhere on the planet, namely cement, water, and carbon black. We characterize our carbon-cement electrodes by combining correlative EDS–Raman spectroscopy with capacitance measurements derived from cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge experiments using integer and fractional derivatives to correct for rate and current intensity effects. Texture analysis reveals that the hydration reactions of cement in the presence of carbon generate a fractal-like electron-conducting carbon network that permeates the load-bearing cement-based matrix. The energy storage capacity of this space-filling carbon black network of the high specific surface area accessible to charge storage is shown to be an intensive quantity, whereas the high-rate capability of the carbon-cement electrodes exhibits self-similarity due to the hydration porosity available for charge transport. This intensive and self-similar nature of energy storage and rate capability represents an opportunity for mass scaling from electrode to structural scales. The availability, versatility, and scalability of these carbon-cement supercapacitors opens a horizon for the design of multifunctional structures that leverage high energy storage capacity, high-rate charge/discharge capabilities, and structural strength for sustainable residential and industrial applications ranging from energy autarkic shelters and self-charging roads for electric vehicles, to intermittent energy storage for wind turbines and tidal power stations.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
舒庆春完成签到,获得积分10
刚刚
之星君完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
搞怪人雄完成签到,获得积分10
2秒前
lit完成签到 ,获得积分10
2秒前
15122303完成签到,获得积分10
3秒前
zxy完成签到 ,获得积分10
4秒前
wangyun完成签到,获得积分10
4秒前
耍酷的飞凤完成签到,获得积分10
5秒前
LFY完成签到 ,获得积分10
6秒前
zombleq完成签到 ,获得积分10
6秒前
一颗西柚完成签到 ,获得积分10
6秒前
杨杨杨完成签到,获得积分10
6秒前
小小完成签到,获得积分10
6秒前
失眠的向日葵完成签到 ,获得积分10
6秒前
7秒前
CDQ完成签到,获得积分10
7秒前
wdd完成签到 ,获得积分10
7秒前
科研通AI5应助ffffabab采纳,获得10
9秒前
hawaii66完成签到,获得积分10
9秒前
nick完成签到,获得积分10
10秒前
再生极强的-涡虫完成签到,获得积分10
11秒前
威武冷雪完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
Theodore完成签到,获得积分10
14秒前
黑粉头头完成签到,获得积分10
14秒前
林洛沁完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
14秒前
ztt完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
17秒前
sonicgoboy完成签到,获得积分10
18秒前
小晴天发布了新的文献求助10
18秒前
QIHBY完成签到,获得积分10
18秒前
Ashao完成签到,获得积分10
20秒前
勤奋菠萝完成签到,获得积分10
20秒前
cnulee发布了新的文献求助10
21秒前
lixiangrui110完成签到,获得积分10
21秒前
可盐够发布了新的文献求助10
21秒前
高分求助中
こんなに痛いのにどうして「なんでもない」と医者にいわれてしまうのでしょうか 510
Seven new species of the Palaearctic Lauxaniidae and Asteiidae (Diptera) 400
Where and how to use plate heat exchangers 350
Handbook of Laboratory Animal Science 300
Fundamentals of Medical Device Regulations, Fifth Edition(e-book) 300
A method for calculating the flow in a centrifugal impeller when entropy gradients are present 240
《上海道契1-30卷(1847—1911)》 200
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3705100
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3254458
关于积分的说明 9888951
捐赠科研通 2966235
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1626853
邀请新用户注册赠送积分活动 771164
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 743190