Ny ultracapacitor oplades på under et millisekund

(PhysOrg.com)-En ny ultracapacitor eller elektrisk dobbeltlagskondensator (DLC) design er blevet annonceret i tidsskriftet Videnskab denne uge, og kunne bane vejen for mindre og lettere bærbare elektroniske enheder.

Ultrakapacitorer kan oplades og aflades på få sekunder, og det giver dem en fordel i forhold til batterier, som tager meget længere tid, og gør dem yderst nyttige i applikationer såsom regenerativ bremsning. Imidlertid, for nogle applikationer er selv et par sekunder for lang, og det er her, en ny nanoskala ultracapacitor kommer ind. Forskere i USA har bygget en ultracapacitor fra nanometer-skala finner af grafen, og dette design giver dem en enhed, der kan oplade/aflade på under 200 mikrosekunder.

Ultrakondensatorer lagrer ladning i elektriske felter mellem ledende overflader, så et større overfladeareal af ledende overflader gør det muligt for enheden at holde mere ladning. En større mængde lagret ladning gør ultrakapacitorer i stand til at arbejde i enheder, der har brug for mere energi, end almindelige kondensatorer kan levere, og de kan levere energien meget hurtigere end et batteri.

Et team af forskere under ledelse af John Miller, formand for JME, et elektrokemisk kondensatorfirma med base i Shaker Heights, Ohio har været i stand til at øge hastigheden på ultrakondensatoren ved at redesigne elektroderne for at give mere overfladeareal. Den nye elektrode, udviklet af Ron Outlaw, et teammedlem fra College of William and Mary, i Williamsburg, Virginia, består af ark af grafen, der stikker lodret op fra en grafitbase. Grafenpladerne er lavet af carbon, et atom tykt, og dyrkes ved en plasma-assisteret kemisk dampaflejringsproces. Grafitbasen er 10 nanometer tyk. Miller beskrev designet som lignede "rækker med 600 nanometer høje kartoffelchips stående på kanten."

Designet giver mulighed for meget hurtigere opladning og genopladning end stablede grafenark, der blev brugt i tidligere ultracapacitorer eller de porede overflader på ultracapacitorer med aktivt kul.

Ifølge Millers team, den nye ultrakondensator kunne erstatte omfangsrige kondensatorer i bærbare enheder for at frigøre mere plads, mens den stadig udjævner toppe og trug i strømforsyninger. Det er blevet testet i et filtreringskredsløb i en AC -ensretter, en opgave, hvor andre ultracapacitorer fejler. (AC -ensrettere har en tendens til at efterlade en spændingsrippel, som kondensatoren glatter ud.) Andre ultracapacitorer fejler, fordi deres porøse elektroder får dem til at fungere som modstande i filterkredsløb. Den nye ultrakapacitor fungerede godt i testen, hvilket betyder, at de kunne erstatte de nuværende kondensatorer, som er seks gange større.

Ron Outlaw sagde, at arbejdet fortsætter med at øge kapacitansen og forsøge at gøre grafenarkene højere og mere parallelle med det formål at finde den perfekte balance mellem maksimal ladelagring med minimal begrænsning af ionstrømning i elektrolytten. Da størrelsen og vægten af ​​ultracapacitorerne reduceres, de vil finde flere applikationer inden for områder som f.eks. flyselskaber, militæret, og NASA.

© 2010 PhysOrg.com