Onderzoekers van de North Carolina State University hebben ontdekt dat een materiaal dat atomair dunne lagen water bevat, veel sneller energie kan opslaan en leveren dan hetzelfde materiaal dat geen waterlagen bevat. De bevinding roept enkele interessante vragen op over het gedrag van vloeistoffen wanneer ze op deze schaal worden opgesloten en is veelbelovend voor het vormgeven van toekomstige technologieën voor energieopslag.

"Dit is een proof of concept, maar het idee om water of andere oplosmiddelen te gebruiken om het transport van ionen in een gelaagd materiaal te 'afstellen' is erg opwindend, " zegt Veronica Augustyn, een assistent-professor materiaalkunde en engineering bij NC State en corresponderende auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven. "Het fundamentele idee is dat hierdoor een grotere hoeveelheid energie per volume-eenheid kan worden opgeslagen, snellere diffusie van ionen door het materiaal, en snellere ladingoverdracht.

"Opnieuw, dit is slechts een eerste stap, maar deze onderzoekslijn zou uiteindelijk kunnen leiden tot zaken als dunnere batterijen, snellere opslag voor op hernieuwbare energie gebaseerde elektriciteitsnetten, of sneller accelereren in elektrische voertuigen, ' zegt Augustinus.

"Het doel van veel onderzoekers op het gebied van energieopslag is het creëren van technologieën met de hoge energiedichtheid van batterijen en het hoge vermogen van condensatoren, " zegt James Mitchell, een doctoraat student bij NC State en hoofdauteur van het papier. "Pseudocondensatoren zoals degene die we in de paper bespreken, kunnen ons in staat stellen technologieën te ontwikkelen die die kloof overbruggen."

Voor dit werk, vergeleken de onderzoekers twee materialen:een kristallijn wolfraamoxide en een gelaagde, kristallijn wolfraamoxidehydraat - dat bestaat uit kristallijne wolfraamoxidelagen gescheiden door atomair dunne lagen water.

Bij het opladen van de twee materialen gedurende 10 minuten, de onderzoekers ontdekten dat het gewone wolfraamoxide meer energie opsloeg dan het hydraat. Maar toen de oplaadperiode slechts 12 seconden was, het hydraat sloeg meer energie op dan het gewone materiaal. Een ding dat intrigeert, zeggen de onderzoekers, is dat het hydraat energie efficiënter opslaat en minder energie verspilt als warmte.

"Het opnemen van deze oplosmiddellagen zou een nieuwe strategie kunnen zijn voor krachtige energieopslagapparaten die gebruik maken van gelaagde materialen, " zegt Augustyn. "We denken dat de waterlaag fungeert als een pad dat de overdracht van ionen door het materiaal vergemakkelijkt.

"We gaan nu verder met het door de National Science Foundation gefinancierde werk om deze zogenaamde 'tussenlaag, ' wat hopelijk ons ​​begrip van deze materialen zal vergroten en ons dichter bij de volgende generatie apparaten voor energieopslag zal brengen."

De krant, "Overgang van batterij- naar pseudocondensatorgedrag via structureel water in wolfraamoxide, " is gepubliceerd in het tijdschrift Chemie van materialen .