Hurtig mobiltelefonopladning kommer tættere på virkeligheden

Evnen til at oplade mobiltelefoner på få sekunder er et skridt nærmere, efter at forskere ved University of Waterloo brugte nanoteknologi til markant at forbedre energilagringsenheder kendt som superkondensatorer.

Deres nye design fordobler nogenlunde mængden af ​​elektrisk energi, som enheder med hurtig opladning kan indeholde, hjælper med at bane vejen for eventuel brug i alt fra smartphones og bærbare computere, til elektriske køretøjer og højtydende lasere.

"Vi viser rekordtal for energilagringskapaciteten af ​​superkondensatorer, " sagde Michael Pope, en professor i kemiteknik, der ledede Waterloo-forskningen. "Og jo mere energitætte vi kan lave dem, jo flere batterier kan vi begynde at fortrænge."

Superkondensatorer er en lovende, grønt alternativ til traditionelle batterier - med fordele, herunder forbedret sikkerhed og pålidelighed, ud over meget hurtigere opladning – men applikationer har hidtil været begrænset af deres relativt lave lagerkapacitet.

Eksisterende kommercielle superkondensatorer lagrer kun nok energi, for eksempel, til at forsyne mobiltelefoner og bærbare computere for omkring 10 procent så længe som genopladelige batterier.

For at øge den kapacitet, Pope og hans samarbejdspartnere udviklede en metode til at belægge atomisk tynde lag af en leder kaldet grafen med et olieagtigt flydende salt i superkondensatorelektroder.

Det flydende salt tjener som afstandsstykke til at adskille de tynde grafenplader, forhindrer dem i at stable som stykker papir. Det øger deres udsatte overflade dramatisk, en nøgle til at maksimere energilagringskapaciteten.

På samme tid, det flydende salt virker dobbelt som den elektrolyt, der er nødvendig for faktisk at opbevare elektrisk ladning, minimerer størrelsen og vægten af ​​superkondensatoren.

"Det er den virkelig fede del af det her, " sagde paven. "Det er en klog, elegant design."

Innovationen bruger også et vaskemiddel til at reducere størrelsen af ​​dråberne af olieagtigt salt - som er kombineret med vand i en emulsion svarende til salatdressing - til blot nogle få milliardtedele meter, forbedre deres belægningsvirkning. Vaskemidlet fungerer også som kemisk velcro for at få dråberne til at klæbe til grafenet.

Forøgelse af lagerkapaciteten af ​​superkondensatorer betyder, at de kan gøres små og lette nok til at udskifte batterier til flere applikationer, især dem, der kræver hurtig opladning, hurtig afladning.

På kort sigt, Pope sagde, at bedre superkondensatorer kunne fortrænge bly-syre-batterier i traditionelle køretøjer, og bruges til at opfange energi, der ellers går tabt af busser og højhastighedstog, når de bremser.

Længere ude, selvom det er usandsynligt, at de nogensinde vil opnå den fulde lagerkapacitet af batterier, superkondensatorer har potentialet til bekvemt og pålideligt at forsyne forbrugerelektronikkenheder, elektriske køretøjer og systemer på fjerntliggende steder som rummet.

"Hvis de markedsføres på de rigtige måder til de rigtige applikationer, vi vil begynde at se flere og flere af dem i vores hverdag, " sagde paven.

Forskningen, som også involverede Zimin She, PhD studerende, og Debasis Ghosh, en post-doc stipendiat, blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano .