Lithium-ionbatterijen kunnen worden bedreigd na de ontwikkeling van polymeermaterialen door de universiteiten van Surrey en Bristol, samen met Superdielectrics Ltd, die de dominantie van deze traditionele batterijen zou kunnen uitdagen.

Nog maar een jaar geleden, de partners hebben wetenschappelijke resultaten aangekondigd voor nieuwe polymeermaterialen met diëlektrische eigenschappen 1, 000 tot 10, 000 keer groter dan bestaande elektrolyten (elektrische geleiders). Deze verbluffende wetenschappelijke bevindingen zijn nu omgezet in technische demonstraties op 'apparaat'-schaal.

Onderzoekers van de universiteiten bereikten praktische capaciteitswaarden tot 4F/cm2 op gladde, goedkope metaalfolie-elektroden. Bestaande supercondensatoren op de markt bereiken doorgaans 0,3F/cm2, afhankelijk van complexe elektroden met verlengd oppervlak.

Belangrijker, de onderzoekers slaagden erin om resultaten van 11-20F/cm2 te bereiken wanneer de polymeren werden gebruikt met speciaal behandelde roestvrijstalen elektroden - waarvan de details geheim worden gehouden in afwachting van een octrooiaanvraag.

Als deze capaciteitswaarden in productie kunnen worden bereikt, het zou mogelijk kunnen zijn dat supercondensatoren energiedichtheden tot 180 Wh / kg bereiken - groter dan lithium-ionbatterijen.

Supercondensatoren slaan energie op met behulp van elektroden en elektrolyten en laden en leveren energie snel op - conventionele batterijen voeren dezelfde taak veel langzamer, meer duurzame manier. Supercondensatoren hebben het vermogen om snel te laden en te ontladen over een groot aantal cycli. Echter, omdat bestaande supercondensatoren een slechte energiedichtheid per kilogram hebben (momenteel ongeveer een twintigste van de bestaande batterijtechnologie), ze hebben niet kunnen concurreren met conventionele energieopslag in batterijen. Zelfs met deze beperking supercondensatorbussen worden al gebruikt in China, maar de huidige technologie betekent dat ze regelmatig moeten stoppen om op te laden (d.w.z. bij bijna elke bushalte).

Het team van wetenschappers heeft de nieuwe materialen op twee manieren kunnen testen:

• Door kleine enkellaagse cellen te gebruiken die gedurende twee tot vijf minuten zijn opgeladen tot 1,5 volt en vervolgens demonstratie-apparaten te laten draaien, inclusief een kleine ventilator.
• Door gebruik te maken van een serie-stack van drie cellen die snel kan worden opgeladen tot vijf volt en een LED kan laten werken.

De Universiteit van Bristol gaat veel verder door een complexe serie-parallelle celstructuur te produceren waarin zowel de totale capaciteit als de bedrijfsspanning afzonderlijk kunnen worden geregeld.

Op basis van deze indrukwekkende resultaten, Superdiëlektrica Ltd, het bedrijf achter deze technologie, is nu op zoek naar de bouw van een onderzoekscentrum en een productiecentrum voor kleine volumes. Als de productie succesvol is, het materiaal kon niet alleen worden gebruikt als batterij voor toekomstige mobiele apparaten, maar kan ook worden gebruikt in tankstations voor elektrische auto's.

Dr. Brendan Howlin, hoofddocent computerchemie aan de Universiteit van Surrey, zei:"Deze resultaten zijn buitengewoon opwindend en het is moeilijk te geloven dat we in zo'n korte tijd zo ver zijn gekomen. We zouden aan het begin kunnen staan ​​van een nieuw hoofdstuk in de technologie van goedkope elektrische energieopslag die de toekomst zou kunnen vormen van de industrie en de samenleving voor vele jaren."

Dr. Donald Highgate, Director of Research voor Superdielectrics Ltd en alumnus van de Universiteit van Surrey, zei:"Deze opwindende resultaten zijn voor mij bijzonder bevredigend omdat ze voortbouwen op mijn werk in hydrofiele polymeren, dat een belangrijk onderdeel van mijn professionele leven is geweest; beginnend in de latere jaren 1970 met langdurig dragende zachte contactlenzen, en toonaangevend in de periode 1990 tot 2009 tot brandstofcellen en elektrolysers met een uitzonderlijk rendement.

"Het huidige werk, als het in productie kan worden vertaald, belooft snelladen voor elektrische voertuigen mogelijk te maken, evenals het aanbieden van een hoognodige goedkope methode voor het opslaan van de tijdelijke output van hernieuwbare energiesystemen. Wind, golf- en zonne-energie is beschikbaar, maar het is intermitterend en, zonder opslag, niet kan worden vertrouwd om in onze energiebehoeften te voorzien. Dit nieuwe werk zou het energiesysteem transformeren dat ten grondslag ligt aan onze hele manier van leven - het is de noodzakelijke ontwikkeling voordat wij en onze kinderen een werkelijk duurzame, milieuvriendelijke energievoorziening."

Dr. Ian Hamerton, Lezer in polymeren en composietmaterialen van de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de Universiteit van Bristol, merkte op:"Na de onthulling van de voorlopige resultaten op de eerste persconferentie slechts 14 maanden geleden, het team heeft hard gewerkt om de opslagcapaciteit van deze innovatieve materialen nog verder te vergroten. Onze belangrijkste uitdaging is nu om deze wetenschappelijke bevindingen te vertalen in robuuste technische apparaten en hun revolutionaire potentieel te ontsluiten."