Superkondensatorer turboladet af afføringsmidler

Et internationalt hold af forskere, herunder en professor i kemi fra University of Bristol, har udarbejdet en måde at forbedre energilagringsenheder kaldet superkondensatorer, ved at designe en ny klasse af vaskemidler, der er kemisk relateret til afføringsmidler.

Deres papir, offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturmaterialer , forklarer, hvorfor disse rengøringsmidler, kaldet ioniske væsker, er bedre elektrolytter end nuværende materialer og kan forbedre superkondensatorer.

I øjeblikket, der anvendes vandige og organiske elektrolytter, men for nylig, forskere og producenter har i stedet testet ioniske væsker for at øge ydeevnen.

Selvom ioniske væsker er salte, ved stuetemperatur er de overraskende nok ikke krystallinske faste stoffer - som deres navn antyder, er de i virkeligheden væsker.

Dette giver ioniske væsker adskillige fordele i forhold til konventionelle elektrolytter, fordi de er stabile, ikke-brændbar, og ofte meget mere miljøvenlige.

For at udforske det spændende potentiale, som ioniske væsker tilbyder for nye elektrokemiske teknologier, designede forfatterne et nyt sæt højeffektive detergentlignende ioniske væskeelektrolytter og forklarede, hvordan de virker på elektrodeoverflader.

At forstå, hvordan de fungerer, vil hjælpe med at designe endnu mere effektive enheder til lagring af elektrisk energi.

Professor Julian Eastoe, fra University of Bristol's School of Chemistry, er medforfatter til undersøgelsen. Han sagde:"For at gøre denne opdagelse krævede et team af videnskabsmænd med en meget forskelligartet færdighed, spænder over kemisk syntese, avancerede strukturelle, mikroskopi og elektriske teknikker samt beregningsmetoder.

"Dette arbejde demonstrerer kraften i videnskabelig forskning 'uden grænser', grupperne fra forskellige nationer bidrog med deres egen ekspertise for at gøre 'helheden større end summen af ​​dele'."

Medforfatter, Xianwen Mao, fra Massachusetts Institute of Technology (MIT), tilføjede:"Vi konstruerede en ny klasse af ioniske væsker, der kan lagre energi mere effektivt.

"Disse detergentlignende ioniske væsker kan selv samle sig til sandwich-lignende dobbeltlagsstrukturer på elektrodeoverflader. Og det er meget grunden til, at de giver bedre energilagringsydelse."

Typisk, for elektrolytter i kontakt med en ladet elektrode, fordelingen af ​​ioner er domineret af elektrostatiske coulombiske interaktioner.

Imidlertid, denne fordeling kan styres ved at gøre de ioniske væsker sæbelignende, eller amfifil, så molekylerne nu har separate polære og ikke-polære domæner, præcis som almindelige vaskemidler.

Disse sæbelignende elektrolytter danner derefter spontant dobbeltlagsstrukturer på elektrodeoverfladerne, fører til meget forbedrede energilagringskapaciteter. Forskerne fandt ud af, at temperatur og påført spænding også påvirker energilagringsydelsen.

Denne nye klasse af elektrolytter kan være velegnet til udfordrende operationer, såsom olieboring og rumforskning, men de kan også bane vejen for nye og forbedrede superkondensatorer i hybridbiler.

Disse enheder er væsentlige komponenter i moderne hybridbiler og kan overgå batterier i form af højere effekt og bedre effektivitet.

Dette er især tilfældet under regenerativ bremsning, hvor mekanisk arbejde omdannes til elektrisk energi, som hurtigt kan opbevares i superkondensatorer klar til at blive frigivet.

Dette reducerer energiforbruget og er meget mere miljøvenligt. Vigtigere, ved at bruge de nye elektrolytter som udviklet i denne undersøgelse, fremtidige superkondensatorer kan endda være i stand til at lagre mere energi end batterier, potentielt udskiftning af batterier i applikationer såsom elektriske køretøjer, personlig elektronik, og energilagringsfaciliteter på netniveau.