Internationalt forskerhold udvikler ultrahøjeffekt energilagringsenheder

Et team af forskere fra USA og Frankrig rapporterer udviklingen af ​​en mikro-superkondensator med bemærkelsesværdige egenskaber. Artiklen vil blive offentliggjort i det førende videnskabelige tidsskrift Natur nanoteknologi online den 15. august.

Disse mikro-superkondensatorer har potentialet til at drive nomadeelektronik, trådløse sensornetværk, biomedicinske implantater, aktiv radiofrekvensidentifikation (RFID) tags og indlejrede mikrosensorer, blandt andre enheder.

Superkondensatorer, også kaldet elektriske dobbeltlagskondensatorer (EDLC'er) eller ultrakondensatorer, bygge bro mellem batterierne, som tilbyder høje energitætheder, men er langsomme, og "konventionelle" elektrolytiske kondensatorer, som er hurtige, men har lav energitæthed.

De nyudviklede enheder beskrevet i Nature Nanotechnology har kræfter pr. volumen, der kan sammenlignes med elektrolytiske kondensatorer, kapacitanser, der er fire størrelsesordener højere, og energier pr. volumen, der er en størrelsesorden højere. De viste sig også at være tre størrelsesordener hurtigere end konventionelle superkondensatorer, som bruges i backup strømforsyninger, vindkraftgeneratorer og andre maskiner. Disse nye enheder er blevet kaldt "mikro-superkondensatorer", fordi de kun er nogle få mikrometer (0,000001 meter) tykke.

Hvad gør dette muligt? "Superkondensatorer lagrer energi i lag af ioner ved elektroder med stort overfladeareal, ” sagde Dr. Yury Gogotsi, Trustee Chair professor i materialevidenskab og teknik ved Drexel University, og en medforfatter af papiret. "Jo højere overfladeareal pr. volumen af ​​elektrodematerialet, jo bedre ydeevne har superkondensatoren."

Vadym Mochalin, forskningsassistent professor i materialevidenskab og teknik ved Drexel og medforfatter, sagde, "Vi bruger elektroder lavet af løglignende kulstof, et materiale, hvor hver enkelt partikel er opbygget af koncentriske sfærer af kulstofatomer, ligner lagene af et løg. Hver partikel er 6-7 nanometer i diameter."

Det er første gang et materiale med meget små sfæriske partikler er blevet undersøgt til dette formål. Tidligere undersøgte materialer omfatter aktivt kul, nanorør, og carbid-afledt carbon (CDC).

"Overfladen af ​​de løglignende kulstoffer er fuldt tilgængelig for ioner, hvorimod med nogle andre materialer, størrelsen eller formen af ​​porerne eller selve partiklerne ville forsinke opladning eller udledningsprocessen, " sagde Mochalin. "Desuden, vi brugte en proces til at samle enheder, der ikke krævede et polymerbindemateriale for at holde elektroderne sammen, hvilket yderligere forbedrede elektrodeledningsevnen og ladnings-/afladningshastigheden. Derfor, vores superkondensatorer kan levere strøm på millisekunder, meget hurtigere end noget batteri eller superkondensator, der bruges i dag."