En telefon, der oplades på få sekunder? Forskere bringer det tættere på virkeligheden

Et hold af UCF-forskere har udviklet en ny proces til at skabe fleksible superkondensatorer, der kan lagre mere energi og genoplades mere end 30, 000 gange uden at forringe.

Den nye metode fra University of Central Floridas NanoScience Technology Center kan i sidste ende revolutionere teknologi så varieret som mobiltelefoner og elektriske køretøjer.

"Hvis de skulle udskifte batterierne med disse superkondensatorer, du kan oplade din mobiltelefon på få sekunder, og du behøver ikke oplade den igen i over en uge, " sagde Nitin Choudhary, en postdoc-medarbejder, der udførte meget af den forskning, der for nylig blev offentliggjort i det akademiske tidsskrift ACS Nano .

Enhver med en smartphone kender problemet:Efter 18 måneder eller deromkring, det holder en opladning i mindre og mindre tid, efterhånden som batteriet begynder at blive nedbrudt.

Forskere har undersøgt brugen af ​​nanomaterialer til at forbedre superkondensatorer, der kan forbedre eller endda erstatte batterier i elektroniske enheder. Det er et genstridigt problem, fordi en superkondensator, der holdt lige så meget energi som et lithium-ion-batteri, skulle være meget, meget større.

Holdet på UCF har eksperimenteret med at anvende nyopdagede todimensionelle materialer, der kun er få atomer tykke til superkondensatorer. Andre forskere har også prøvet formuleringer med grafen og andre todimensionelle materialer, men med begrænset succes.

"Der har været problemer i den måde, folk inkorporerer disse todimensionelle materialer på i de eksisterende systemer - det har været en flaskehals i feltet. Vi udviklede en simpel kemisk syntesetilgang, så vi meget flot kan integrere de eksisterende materialer med de todimensionelle materialer , " sagde hovedefterforsker Yeonwoong "Eric" Jung, en adjunkt med fælles ansættelser til NanoScience Technology Center og Materials Science &Engineering Department.

Jungs team har udviklet superkondensatorer sammensat af millioner af nanometertykke ledninger belagt med skaller af todimensionelle materialer. En stærkt ledende kerne letter hurtig elektronoverførsel til hurtig op- og afladning. Og ensartet belagte skaller af todimensionelle materialer giver høj energi- og effekttæthed.

Forskere vidste allerede, at todimensionelle materialer holdt store løfter til energilagringsapplikationer. Men indtil den UCF-udviklede proces til integration af disse materialer, der var ingen måde at realisere dette potentiale på, sagde Jung.

"For små elektroniske enheder, vores materialer overgår de konventionelle på verdensplan med hensyn til energitæthed, effekttæthed og cyklisk stabilitet, " sagde Choudhary.

Cyklisk stabilitet definerer, hvor mange gange den kan oplades, drænet og genopladet, før det begynder at nedbrydes. For eksempel, et lithium-ion-batteri kan genoplades mindre end 1, 500 gange uden væsentlig fejl. Nylige formuleringer af superkondensatorer med todimensionelle materialer kan genoplades et par tusinde gange.

Til sammenligning, den nye proces skabt på UCF giver en superkondensator, der ikke nedbrydes, selv efter at den er blevet genopladet 30, 000 gange.

Jung arbejder sammen med UCF's Office of Technology Transfer for at patentere den nye proces.

Superkondensatorer, der bruger de nye materialer, kan bruges i telefoner og andre elektroniske gadgets, og elektriske køretøjer, der kunne drage fordel af pludselige udbrud af kraft og hastighed. Og fordi de er fleksible, det kan betyde et betydeligt fremskridt inden for wearable-teknologi, såvel.

"Det er ikke klar til kommercialisering, " sagde Jung. "Men dette er en proof-of-concept demonstration, og vores undersøgelser viser, at der er meget høje virkninger for mange teknologier."

Ud over Choudhary og Jung, forskerholdet omfattede Chao Li, Julian Moore og lektor Jayan Thomas, hele UCF NanoScience Technology Center; og Hee-Suk Chung fra Korea Basic Science Institute i Jeonju, Sydkorea.