Alternativ til traditionelle batterier rykker et skridt tættere på virkeligheden efter spændende fremskridt inden for superkondensatorteknologi

Lithium-ion-batterier kan være truet efter udviklingen af ​​polymermaterialer af universiteterne i Surrey og Bristol, sammen med Superdielectrics Ltd, der kunne udfordre dominansen af ​​disse traditionelle batterier.

For kun et år siden, partnerne annoncerede videnskabelige resultater for nye polymermaterialer, der har dielektriske egenskaber 1, 000 til 10, 000 gange større end eksisterende elektrolytter (elektriske ledere). Disse fantastiske videnskabelige resultater er nu blevet konverteret til tekniske demonstrationer i 'enhedsskala'.

Forskere fra universiteterne opnåede praktiske kapacitansværdier på op til 4F/cm2 på glatte, billige metalfolieelektroder. Eksisterende superkondensatorer på markedet når typisk 0,3F/cm2 afhængigt af komplekse forlængede overfladeelektroder.

Mere markant, det lykkedes forskerne at opnå resultater på 11-20F/cm2, når polymererne blev brugt med specialbehandlede rustfri stålelektroder – hvis detaljer holdes private i afventning af en patentansøgning.

Hvis disse kapacitansværdier kan opnås i produktionen, det kunne potentielt se superkondensatorer opnå energitætheder på op til 180Wh/kg - større end lithium-ion-batterier.

Superkondensatorer lagrer energi ved hjælp af elektroder og elektrolytter og både oplader og leverer energi hurtigt – konventionelle batterier udfører den samme opgave på en meget langsommere, mere vedvarende måde. Superkondensatorer har evnen til at oplade og aflade hurtigt over meget store antal cyklusser. Imidlertid, fordi eksisterende superkondensatorer har dårlig energitæthed pr. kilogram (i øjeblikket omkring en tyvendedel af eksisterende batteriteknologi), de har ikke været i stand til at konkurrere med konventionel batterienergilagring. Selv med denne begrænsning, superkondensatorbusser bliver allerede brugt i Kina, men den nuværende teknologi betyder, at de skal stoppe for at blive genopladet ofte (dvs. ved næsten hvert busstoppested).

Holdet af videnskabsmænd har været i stand til at teste de nye materialer på to måder:

• Ved at bruge små enkeltlagsceller opladet til 1,5 volt i to til fem minutter og derefter køre demonstrationsenheder, inklusive en lille ventilator.
• Ved at bruge en tre-cellet serie stak, der er i stand til hurtigt at blive opladet til fem volt og betjene en LED.

University of Bristol går meget længere ved at producere en kompleks serie-parallel cellestruktur, hvor både den samlede kapacitans og driftsspænding kan styres separat.

Baseret på disse imponerende resultater, Superdielectrics Ltd, virksomheden bag denne teknologi, søger nu at bygge et forsknings- og lavvolumenproduktionscenter. Hvis det lykkes i produktionen, materialet kunne ikke kun bruges som batteri til fremtidige mobile enheder, men kunne også bruges i tankstationer til elbiler.

Dr. Brendan Howlin, Universitetslektor i Computational Chemistry ved University of Surrey, sagde:"Disse resultater er ekstremt spændende, og det er svært at tro, at vi er nået så langt på så kort tid. Vi kan være ved starten af ​​et nyt kapitel i teknologien med lavpris lagring af elektrisk energi, der kan forme fremtiden industri og samfund i mange år fremover."

Dr. Donald Highgate, Forskningsdirektør for Superdielectrics Ltd og alumne fra University of Surrey, sagde:"Disse spændende resultater er af særlig tilfredsstillelse for mig, fordi de bygger på mit arbejde med hydrofile polymerer, som har været en stor del af mit professionelle liv; begyndende i de senere 1970'ere med forlænget brug af bløde kontaktlinser, og førende i perioden 1990 til 2009, til brændselsceller og elektrolysatorer med enestående effektivitet.

"Det nuværende arbejde, hvis det kan omsættes til produktion, lover at gøre hurtig opladning mulig for elbiler, samt at tilbyde en tiltrængt lavprismetode til lagring af det transiente output fra vedvarende energisystemer. Vind, bølge- og solenergi er tilgængelig, men den er intermitterende og, uden opbevaring, ikke kan stole på for at dække vores energibehov. Dette nye værk ville transformere det energisystem, som understøtter hele vores livsform – det er den nødvendige udvikling, før vi og vores børn kan få en ægte bæredygtig, miljøsikker energiforsyning."

Dr. Ian Hamerton, Læser i Polymers and Composite Materials fra Department of Aerospace Engineering ved University of Bristol, kommenterede:"Efter afsløringen af ​​de foreløbige resultater på den første pressekonference for bare 14 måneder siden, holdet har arbejdet hårdt for at øge opbevaringskapaciteten af ​​disse innovative materialer yderligere. Vores største udfordring er nu at omsætte disse videnskabelige resultater til robuste konstruerede enheder og frigøre deres revolutionerende potentiale."