Revolutionaire supercondensator evenaart de batterij-energie en levert tegelijkertijd superieur vermogen

Monash Universiteit, Melbourne, Australië

Ingenieurs hebben een supercondensator ontworpen die zowel een hoge energiedichtheid als een hoge vermogensdichtheid biedt in één enkel pakket. (Afbeelding:de onderzoekers)

In een onderzoek gepubliceerd in Nature Communications , onthult het team een nieuw soort koolstofgebaseerd materiaal waarmee supercondensatoren evenveel energie kunnen opslaan als traditionele loodzuurbatterijen, terwijl ze veel sneller stroom leveren dan conventionele batterijen aankunnen.

Supercondensatoren zijn een opkomende klasse van energieopslagapparaten die lading elektrostatisch opslaan, in plaats van via chemische reacties zoals batterijen. Tot nu toe was een grote barrière dat slechts een klein deel van het oppervlak van het koolstofmateriaal – essentieel voor de opslag van energie – toegankelijk was voor gebruik.

Professor Mainak Majumder, directeur van de ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials (AM2D), gevestigd in Monash’s Department of Mechanical and Aerospace Engineering, was lid van het onderzoeksteam.

“Ons team heeft laten zien hoe we veel meer van dat oppervlak kunnen ontsluiten door simpelweg de manier te veranderen waarop het materiaal een warmtebehandeling krijgt”, zegt professor Majumder. “Deze ontdekking zou ons in staat kunnen stellen snelladende supercondensatoren te bouwen die voldoende energie opslaan om batterijen in veel toepassingen te vervangen en deze veel sneller te leveren.”

Het geheim ligt in een nieuwe materiaalarchitectuur die door het team is ontwikkeld, genaamd multiscale gereduceerd grafeenoxide (M-rGO), dat wordt gesynthetiseerd uit natuurlijk grafiet.

Met behulp van een snel thermisch gloeiproces creëerden de onderzoekers een sterk gebogen grafeenstructuur met nauwkeurige routes voor ionen om snel en efficiënt te bewegen. Het resultaat is een materiaal dat zowel een hoge energiedichtheid als een hoge vermogensdichtheid biedt – een combinatie die zelden in één apparaat wordt bereikt.

Petar Jovanović, een onderzoekscollega bij de ARC AM2D Hub en co-auteur van de studie, zei dat de Monash-supercondensatoren, wanneer ze in buidelcelapparaten werden gemonteerd, volumetrische energiedichtheden tot 99,5 Wh/L leverden (in ionische vloeibare elektrolyten); vermogensdichtheden tot wel 69,2 kW/l; en snelle oplaadmogelijkheden met uitstekende cyclusstabiliteit.

“Deze prestatiegegevens behoren tot de beste die ooit zijn gerapporteerd voor op koolstof gebaseerde supercondensatoren, en cruciaal is dat het proces schaalbaar is en compatibel is met Australische grondstoffen”, aldus Jovanović.

Phillip Aitchison, CTO van Ionic Industries, spin-out van Monash University, en co-auteur van het onderzoek, zei dat de technologie nu op de markt wordt gebracht. “Ionic Industries is opgericht om dit soort innovaties op de markt te brengen en we maken nu commerciële hoeveelheden van deze grafeenmaterialen”, aldus Aitchison. “We werken samen met energieopslagpartners om deze doorbraak te bewerkstelligen in marktgeleide toepassingen, waarbij zowel hoge energie als snelle stroomvoorziening essentieel zijn.”

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Petar Jovanovic op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien..