High energy density carbon–cement supercapacitors for architectural energy storage

超级电容器 储能 电解质 纳米技术 电化学储能 电化学能量转换 稳健性(进化) 材料设计 纳米尺度 导电体 材料科学 复合数 缩放比例 工艺工程 电化学 能量密度 电势能 机械工程 计算机数据存储 能量转换 计算机科学 工程物理 过程集成 碳纤维 电流密度 能量(信号处理) 电极
作者
Damian Stefaniuk,James C. Weaver,Franz‐Josef Ulm,Admir Mašić
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (40): e2511912122-e2511912122 被引量:14
标识
DOI:10.1073/pnas.2511912122
摘要

Electron-conducting carbon concrete (ecˆ3) is a multifunctional cement-based composite material that combines mechanical robustness with electrochemical energy storage. To further expand our understanding of structure-function relationships in this complex multiphase material system and provide a roadmap for transitioning this technology from a simple proof-of-concept to a viable large-scale energy storage alternative, we report insights into the nanoscale connectivity of the electrode's conductive carbon network, explore different electrolyte compositions and material integration strategies, and highlight opportunities for device scaling. Through the use of FIB-SEM tomography, the electrode's percolating fractal-like nano-carbon black network has been visualized at the nanoscale, providing insights into the theoretical energy storage capacity of this material. To reduce the required times for the production of functional electrodes, we also present a cast-in electrolyte approach, where centimeter-thick electrodes could be produced without the need for postcuring steps. In these prototypes, device performance scales linearly with electrode thickness and cell count, and a simple analytical model was developed to explain these scaling phenomena. Furthermore, the exploration of alternative ionic and organic electrolytes further contribute to improved electrochemical behavior, with the fabricated designs ultimately achieving a 10-fold increase in supercapacitor energy density compared to previous designs. Finally, we were able to fabricate a 12 V, 50 F supercapacitor module and a 9 V arch prototype that integrate energy storage into load-bearing architectural elements. These functional prototypes highlight the potential for real-time structural health monitoring, while demonstrating the potential of our ecˆ3 technology for the production of a scalable, high-voltage concrete energy-storing infrastructure.
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
jiajia完成签到 ,获得积分10
2秒前
爆米花应助SUN采纳,获得10
3秒前
NINI完成签到 ,获得积分10
4秒前
米鼓完成签到 ,获得积分10
8秒前
兴奋的铅笔完成签到 ,获得积分20
8秒前
闪闪的盼海完成签到 ,获得积分10
11秒前
落后的静枫完成签到 ,获得积分10
12秒前
乐观的黎云完成签到 ,获得积分10
12秒前
风中的晓兰完成签到,获得积分10
14秒前
一土完成签到 ,获得积分10
14秒前
16秒前
666完成签到 ,获得积分10
17秒前
CC完成签到,获得积分10
17秒前
JiangHb完成签到,获得积分10
26秒前
BCKT完成签到,获得积分10
33秒前
火星上访天完成签到 ,获得积分10
37秒前
wuxinrong完成签到 ,获得积分10
37秒前
37秒前
老莫完成签到 ,获得积分10
39秒前
Davin_ji完成签到 ,获得积分10
39秒前
落后的雪青完成签到,获得积分10
41秒前
凌泉完成签到 ,获得积分10
41秒前
科研通AI6.4应助动听饼干采纳,获得10
43秒前
RJ发布了新的文献求助20
44秒前
pepper完成签到,获得积分10
44秒前
strama完成签到,获得积分0
48秒前
48秒前
春春完成签到,获得积分10
49秒前
迷惘的桃花完成签到 ,获得积分10
49秒前
49秒前
50秒前
53秒前
Nene完成签到 ,获得积分10
55秒前
aaa完成签到 ,获得积分10
56秒前
不再挨训完成签到 ,获得积分10
57秒前
南攻完成签到,获得积分10
58秒前
Mason完成签到,获得积分10
1分钟前
不好吃完成签到 ,获得积分10
1分钟前
harden9159完成签到,获得积分0
1分钟前
心灵美晓完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
On lateral buckling of armouring wires in flexible pipes 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 700
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7744743
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9292499
关于积分的说明 20213313
捐赠科研通 7323705
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3307647
关于科研通互助平台的介绍 2459632
邀请新用户注册赠送积分活动 2318707