Een internationaal team van wetenschappers, waaronder een professor in de chemie van de Universiteit van Bristol, heeft een manier bedacht om apparaten voor energieopslag, genaamd supercondensatoren, te verbeteren, door een nieuwe klasse wasmiddelen te ontwerpen die chemisch verwant zijn aan laxeermiddelen.

hun papier, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmaterialen , verklaart waarom deze wasmiddelen, ionische vloeistoffen genoemd, zijn betere elektrolyten dan de huidige materialen en kunnen supercondensatoren verbeteren.

Momenteel, waterige en organische elektrolyten worden gebruikt, maar meer recentelijk onderzoekers en fabrikanten hebben in plaats daarvan ionische vloeistoffen getest om de prestaties te verbeteren.

Hoewel ionische vloeistoffen zouten zijn, bij kamertemperatuur zijn het verrassend genoeg geen kristallijne vaste stoffen - zoals hun naam doet vermoeden, zijn het in feite vloeistoffen.

Dit geeft ionische vloeistoffen talrijke voordelen ten opzichte van conventionele elektrolyten omdat ze stabiel zijn, niet vlambaar, en vaak veel milieuvriendelijker.

Om het opwindende potentieel van ionische vloeistoffen voor opkomende elektrochemische technologieën te onderzoeken, ontwierpen de auteurs een nieuwe reeks zeer efficiënte wasmiddelachtige ionische vloeibare elektrolyten en legden ze uit hoe ze werken op elektrode-oppervlakken.

Als u begrijpt hoe ze werken, kunt u nog efficiëntere apparaten ontwerpen voor het opslaan van elektrische energie.

Professor Julian Eastoe, van de School of Chemistry van de Universiteit van Bristol, is co-auteur van de studie. Hij zei:"Om deze ontdekking te doen, was een team van wetenschappers nodig met een zeer diverse vaardigheden, overkoepelende chemische synthese, geavanceerde structurele, microscopie en elektrische technieken en computationele methoden.

"Dit werk toont de kracht van wetenschappelijk onderzoek 'zonder grenzen' aan, de groepen uit verschillende landen droegen hun eigen expertise bij om 'het geheel meer dan de som der delen' te maken."

co-auteur, Xianwen Mao, van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), toegevoegd:"We hebben een nieuwe klasse van ionische vloeistoffen ontwikkeld die energie efficiënter kunnen opslaan.

"Deze wasmiddelachtige ionische vloeistoffen kunnen zichzelf assembleren tot sandwichachtige dubbellaagse structuren op elektrode-oppervlakken. En dat is precies de reden waarom ze betere energieopslagprestaties leveren."

Typisch, voor elektrolyten in contact met een geladen elektrode, de verdeling van ionen wordt gedomineerd door elektrostatische Coulomb-interacties.

Echter, deze verdeling kan worden gecontroleerd door de ionische vloeistoffen zeepachtig te maken, of amfifiele, zodat de moleculen nu gescheiden polaire en niet-polaire domeinen hebben, precies zoals gewone wasmiddelen.

Deze zeepachtige elektrolyten vormen vervolgens spontaan dubbellaagse structuren op de elektrode-oppervlakken, wat leidt tot sterk verbeterde energieopslagmogelijkheden. De onderzoekers ontdekten dat temperatuur en aangelegde spanning ook de prestaties van energieopslag beïnvloeden.

Deze nieuwe klasse van elektrolyten kan geschikt zijn voor uitdagende operaties, zoals olieboringen en ruimteverkenning, maar ze kunnen ook de weg vrijmaken voor nieuwe en verbeterde supercondensatoren in hybride auto's.

Deze apparaten zijn essentiële componenten in moderne hybride auto's en kunnen beter presteren dan batterijen in termen van meer vermogen en betere efficiëntie.

Dit is met name het geval tijdens regeneratief remmen, waarbij mechanische arbeid wordt omgezet in elektrische energie, die snel kan worden opgeslagen in supercondensatoren, klaar om te worden vrijgegeven.

Dit vermindert het energieverbruik en is veel milieuvriendelijker. Belangrijker, met behulp van de nieuwe elektrolyten zoals ontwikkeld in deze studie, toekomstige supercondensatoren kunnen zelfs meer energie opslaan dan batterijen, mogelijk batterijen vervangen in toepassingen zoals elektrische voertuigen, persoonlijke elektronica, en energieopslagfaciliteiten op netniveau.