Nieuwe buigbare supercondensator kan EV's opladen in 10 minuten

• Onderzoekers hebben een flexibele supercondensator gebouwd die zowel een hoge vermogensdichtheid als een hoge energiedichtheid levert.
• Het vertoont geen prestatievermindering, zelfs niet als het 180 graden is gebogen.
• Het kan 97,8% van zijn capaciteit behouden na 5.000 cycli.

Supercondensatoren zijn veelbelovende elektrochemische energieopslagapparaten voor mobiele voedingen. Ze overbruggen de kloof tussen oplaadbare batterijen en elektrolytische condensatoren.

Hoewel ze veilige operaties, een hoge vermogensdichtheid en een lange levensduur kunnen bieden, worden hun praktische toepassingen beperkt door hun lage energiedichtheid.

Nu hebben onderzoekers van University College London en de Chinese Academy of Sciences een flexibele supercondensator ontworpen die snel oplaadt en veilig een ongelooflijke hoeveelheid energie opslaat voor gebruik gedurende een lange periode.

In tegenstelling tot bestaande krachtige condensatoren, kan het een grote hoeveelheid energie opslaan in een kleine ruimte. Hoewel het apparaat zich nog in de beginfase van ontwikkeling bevindt, heeft het een groot potentieel getoond als draagbare krachtbron in tal van toepassingen zoals smartphones, draagbare technologie en elektrische voertuigen (EV's).

Deze nieuw ontwikkelde supercondensator kan naast de bestaande batterijtechnologie worden gebruikt of als vervanging ervoor worden gebruikt om meer vermogen te leveren.

Het bevat geen vloeibare elektrolyt (wat het explosierisico minimaliseert) en kan tot 180 graden worden gebogen zonder de prestaties te verminderen. Deze functies maken het een perfecte kandidaat voor integratie in draagbare apparaten en buigzame smartphones.

Het geoptimaliseerde materiaal

Het onderzoeksteam bouwde een nieuw ontwerp dat gebruik maakt van een gespecialiseerd grafeenelektrodemateriaal met poriën. De grootte van de poriën kan worden gewijzigd om de lading efficiënt op te slaan. Ze testten het materiaal in meerdere configuraties en ontdekten dat het apparaat het beste presteert wanneer de poriegroottes gelijk zijn aan de diameter van de ionen in de elektrolyt.

Deze afstemming geeft de nieuwe supercondensator twee kenmerken:

1. Hoge vermogensdichtheid:hoe snel het kan opladen/ontladen.
2. Hoge energiedichtheid:hoe lang kan het duren.

Bestaande supercondensatoren daarentegen vertonen slechts één van deze kenmerken.

De maximale energiedichtheid van de supercondensator bereikt 88,1 wattuur per liter (Wh/L) - de hoogste energiedichtheid die tot nu toe is bereikt door een op koolstof gebaseerde supercondensator.

Referentie:Natuur Energie | DOI:10.1038/s41560-020-0560-6 | UCL

De bestaande loodzuuraccu's die in EV's worden gebruikt, hebben een energiedichtheid van 50-90 Wh/L, terwijl de snelladende commerciële technologie doorgaans 5-8 Wh/L heeft.

Hoewel de energiedichtheid van de nieuwe supercondensator vergelijkbaar is met die van loodzuuraccu's, is de vermogensdichtheid 10.000 Watt per liter - twee orden van grootte hoger dan die van standaard loodzuuraccu's.

De supercondensator van 6 cm * 6 cm vertoont geen prestatievermindering, zelfs niet wanneer deze 180 graden is gebogen. Bovendien kan het 97,8% van zijn capaciteit behouden na 5.000 cycli.

Het bereiken van een dergelijke compacte energieopslag is een belangrijke stap in de richting van praktische toepassingen voor supercondensatoren. Snel opladen, uitstekende flexibiliteit en duurzaamheid maken het een perfecte kandidaat voor draagbare voeding in geminiaturiseerde elektronica en EV's. Stel je voor dat je je telefoon in een paar minuten oplaadt [van 0 naar 100 procent] of je elektrische auto binnen tien minuten oplaadt.

Lezen:enkele waterdruppel produceert genoeg stroom om 100 LED-lampen te verlichten

Vanaf nu is deze supercondensator ver verwijderd van commercialisering. Het team werkt eraan om het ontwerp en de efficiëntie verder te verbeteren.