Ingeniører laver nyt materiale til højtydende superkondensatorer

Tager et væsentligt skridt i retning af at forbedre strømforsyningen af ​​systemer lige fra bynet til regenerativ bremsning i hybridbiler, forskere ved UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science har syntetiseret et materiale, der viser høj evne til både hurtig lagring og frigivelse af energi.

I et papir offentliggjort 14. april i det peer-reviewede tidsskrift Naturmaterialer , et team ledet af professor i materialevidenskab og teknik Bruce Dunn definerer egenskaberne ved en syntetiseret form for niobiumoxid - en forbindelse baseret på et element, der bruges i rustfrit stål - med en fantastisk facilitet til lagring af energi. Materialet ville blive brugt i en "superkondensator, "en enhed, der kombinerer den høje lagerkapacitet af lithium-ion-batterier og den hurtige energileveringsevne fra almindelige kondensatorer.

UCLA-forskere sagde, at udviklingen kunne føre til ekstrem hurtig opladning af enheder, spænder i applikationer fra mobil elektronik til industrielt udstyr. For eksempel, superkondensatorer bruges i øjeblikket i energiopsamlingssystemer, der hjælper med at drive læssekraner i havne, reducere brugen af ​​kulbrintebrændstoffer såsom diesel.

"Med dette arbejde, vi udvisker grænserne mellem hvad der er et batteri og hvad der er en superkondensator, " sagde Veronica Augustyn, en kandidatstuderende i materialevidenskab ved UCLA og hovedforfatter af papiret. "Opdagelsen fjerner ulemperne ved kondensatorer og ulemperne ved batterier og fjerner dem."

Batterier lagrer effektivt energi, men leverer ikke strøm effektivt, fordi de opladede bærere, eller ioner, bevæge sig langsomt gennem det solide batterimateriale. Kondensatorer, som lagrer energi på overfladen af ​​et materiale, generelt har lave lagermuligheder.

Forskere på Dunns hold syntetiserede en type niobiumoxid, der demonstrerer betydelig lagerkapacitet gennem "interkalationspseudokapacitet, ", hvor ioner aflejres i hovedparten af ​​niobiumoxidet på samme måde som sandkorn kan aflejres mellem småsten.

Som resultat, elektroder med en tykkelse på op til 40 mikrometer – omtrent samme bredde som mange kommercielle batterikomponenter – kan hurtigt lagre og levere energi på samme tidsskala som elektroder, der er mere end 100 gange tyndere.

Dunn understreger, at selvom elektroderne er et vigtigt første skridt, "Yderligere ingeniørarbejde på nanoskala og videre vil være nødvendigt for at opnå praktiske enheder med høj energitæthed, der kan oplades på under et minut."