Gas to carbon nanomaterials for energy storage

-Superledere og litsiumionebatterier med høy energitetthet og god stabilitet er svært ettertraktede for energilagring i elektriske kjøretøy, til regulering av strømnettet samt utgjevning av energien fra fornybare energikilder som sol og vindkraft. Prosjektet har ett todelt mål om å utvikle, samt fabrikere, avanserte energilagringsenheter ved å anvende likerettede nanokarbonrør på overflaten av metallfolier som elektrodemateriale og vil i tillegg benytte tredimensjonale karbonmaterialer med stort overflateareal for å oppnå prosjektets mål om økt energilagringskapasitet. Over de siste årene har vi utviklet en flytende og innovativ, karbonbasert svamp-ionisk superkondensator med ekstremt høy energi som sammenlignet med kommersielle litsiumionebatterier, innehar en kraftig forbedret spesifikk energi ved en gitt spenning. Den innehar en kapasitans på opp til 290F/g ved 20oC, noe som er blant det høyeste målt for en tolags kondensator. Ved en temperaturøkning til 60oC vil kapasitansen til en kondensator med IL elektrolytt øke ytterligere til 387 F/g, noe som resulterer i en svært høy energitetthet. Superkondensatorene, som benytter karbon produsert fra biomasse, innehar en stor andel mesoporer og har prestert bra i både organiske elektrolytter og elektrolytter basert på ioniske væsker: fra 1A/g til 10 A/g med en konstant kapasitans på 146 F/g i en kommersiell TEABF4/AN elektrolytt samt en kapasitans på 224 F/g ved 0.1A/g med en høy energi på 92Wh/kg i en ionisk væske. Prosjektet har også utviklet en likerettet CNT@MnO2 core shell nanorør strukturen, festet på folier av enten rustfritt stål eller aluminium, og har vist imponerende egenskaper både som katode og anode i litsiumionebatterier.

The project will mainly focus on conversion of natural gas to aligned carbon nanotubes ACNT on Al foils as electrodes. The ACNT on Al foils will be developed as a platform to incorporate different pseudocapacitive materials such as conductive polymers or oxides to form core shell nanotubes (CNT@ pseudocapacitive materials). In this way, nanoelectrode arrays will be produced where each core-shell nanotube will serve as a single nanoelectrode. The novel electrodes will have common features: hybrid multifunc tional, high surface area, high electric conductivity, short transport path of charges, electrons ions or protons. The project will focus most on application of the nanoelectrode arrays to supercapacitors with high energy and power density. The project wi ll also explore our nanoelectrode array to Li battery, which will be evaluated and compared to supercapacitors. At the end of the project, principles and parameters for scaling up the synthesis ACNT on Al foils will be provided, and supercapacitors with h igh energy (10-50 Wh/kg based on whole cell mass) and power density will be demonstrated in relatively large cells. The project supports GASSMAKS at the end to increase the Norwegian gas value through producing advanced energy storage devices based on car bon nanomaterials produced from Norwegian natural gas. The project will help Norwegian industries to take a good position in the very rapidly growing energy storage market relating to renewable energy production and electric or hydride cars.