Hurtig opladning, langvarig, bendy energilagring gennembrud

Mens du er på proof-of-concept-stadiet, det viser et enormt potentiale som en bærbar strømforsyning i flere praktiske anvendelser, herunder elektriske køretøjer, telefoner og bærbar teknologi.

Opdagelsen, offentliggjort i dag i Naturenergi , overvinder det problem, som højkraftige, hurtigopladende superkondensatorer - at de normalt ikke kan rumme en stor mængde energi på et lille rum.

Første forfatter til undersøgelsen, Dr. Zhuangnan Li (UCL Chemistry), sagde:"Vores nye superkondensator er ekstremt lovende for næste generations energilagringsteknologi som enten en erstatning for den nuværende batteriteknologi, eller til brug ved siden af, for at give brugeren mere magt.

"Vi designede materialer, som ville give vores superkondensator en høj effekttæthed - det vil sige, hvor hurtigt den kan oplades eller aflades - og en høj energitæthed - som vil bestemme, hvor længe den kan køre. Normalt, du kan kun have én af disse egenskaber, men vores superkondensator giver begge, hvilket er et kritisk gennembrud.

"I øvrigt, superkondensatoren kan bøjes til 180 grader uden at påvirke ydeevnen og bruger ikke en flydende elektrolyt, som minimerer risikoen for eksplosion og gør den perfekt til integration i bøjelige telefoner eller bærbar elektronik."

Et hold af kemikere, ingeniører og fysikere arbejdede på det nye design, som bruger et innovativt grafenelektrodemateriale med porer, der kan ændres i størrelse for at lagre ladningen mere effektivt. Denne justering maksimerer superkondensatorens energitæthed til rekordhøje 88,1 Wh/L (Watt-time pr. liter), hvilket er den højeste nogensinde rapporterede energitæthed for kulstofbaserede superkondensatorer.

Lignende kommerciel hurtigopladningsteknologi har en relativt dårlig energitæthed på 5-8 Wh/L, og traditionelle langsomt opladede, men langtidsholdbare blysyrebatterier, der bruges i elektriske køretøjer, har typisk 50-90 Wh/L.

Mens superkondensatoren udviklet af teamet har en energitæthed, der kan sammenlignes med den nyeste værdi af bly-syre-batterier, dens effekttæthed er to størrelsesordener højere ved over 10, 000 watt pr liter.

Seniorforfatter og dekan for UCL Mathematical &Physical Sciences, Professor Ivan Parkin (UCL Kemi), sagde:"At opbevare en stor mængde energi sikkert i et kompakt system er et væsentligt skridt i retning af forbedret energilagringsteknologi. Vi har vist, at det oplades hurtigt, vi kan kontrollere dets output, og det har fremragende holdbarhed og fleksibilitet, hvilket gør den ideel til udvikling til brug i miniaturiseret elektronik og elektriske køretøjer. Forestil dig, at du kun har brug for ti minutter til at lade din elbil helt op eller et par minutter til din telefon, og den holder hele dagen."

Forskerne lavede elektroder af flere lag grafen, skabe en tæt, men porøst materiale, der er i stand til at fange ladede ioner af forskellig størrelse. De karakteriserede det ved hjælp af en række teknikker og fandt, at det fungerede bedst, når porestørrelserne matchede diameteren af ​​ionerne i elektrolytten.

Det optimerede materiale, som danner en tynd film, blev brugt til at bygge en proof-of-concept enhed med både høj effekt og høj energitæthed.

Superkondensatoren på 6 cm x 6 cm var lavet af to identiske elektroder lagdelt på hver side af et gel-lignende stof, der fungerede som et kemisk medium til overførsel af elektrisk ladning. Dette blev brugt til at forsyne snesevis af lysemitterende dioder (LED'er) og viste sig at være meget robust, fleksibel og stabil.

Selv når den er bøjet i 180 grader, det fungerede næsten det samme, som da det var fladt, og efter 5, 000 cyklusser, det beholdt 97,8 % af sin kapacitet.

Senior forfatter, Professor Feng Li (Chinese Academy of Sciences), sagde:"I løbet af de næste tredive år, verden af ​​intelligent teknologi vil accelerere, som i høj grad vil ændre kommunikationen, transport og vores dagligdag. Ved at gøre energilagring smartere, enheder bliver usynlige for os ved at arbejde automatisk og interaktivt med apparater. Vores smarte celler er et godt eksempel på, hvordan brugeroplevelsen kan forbedres, og de viser et enormt potentiale som bærbar strømforsyning i fremtidige applikationer."