Een onderzoeksteam onder leiding van de Tohoku University in Japan heeft nieuwe materialen ontwikkeld voor supercondensatoren met een hogere spanning en betere stabiliteit dan andere materialen. Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Energie- en milieuwetenschappen .

Supercondensatoren zijn oplaadbare energieopslagapparaten met een breed scala aan toepassingen, van machines tot slimme meters. Ze bieden veel voordelen ten opzichte van batterijen, inclusief sneller opladen en langere levensduur, maar ze zijn niet zo goed in het opslaan van veel energie.

Wetenschappers hebben lang gezocht naar hoogwaardige materialen voor supercondensatoren die kunnen voldoen aan de vereisten voor energie-intensieve toepassingen zoals auto's. "Het is een hele uitdaging om materialen te vinden die zowel op hoogspanning kunnen werken als stabiel blijven onder zware omstandigheden, " zegt Hirotomo Nishihara, materiaalwetenschapper aan de Tohoku University en co-auteur van het artikel.

Nishihara en zijn collega's werkten samen met het supercondensatorproductiebedrijf TOC Capacitor Co. om een ​​nieuw materiaal te ontwikkelen dat een buitengewoon hoge stabiliteit vertoont onder omstandigheden van hoge spanning en hoge temperatuur.

Actieve kool wordt gebruikt voor de elektroden in condensatoren, maar deze worden beperkt door lage spanning in afzonderlijke cellen, de bouwstenen waaruit condensatoren bestaan. Dit betekent dat een groot aantal cellen op elkaar moeten worden gestapeld om de vereiste spanning te bereiken. Cruciaal, het nieuwe materiaal heeft een hogere eencellige spanning, het aantal stapels verminderen en apparaten compacter maken.

Het nieuwe materiaal is een plaat gemaakt van een continu driedimensionaal raamwerk van grafeenmesosponge, een op koolstof gebaseerd materiaal dat poriën op nanoschaal bevat. Een belangrijk kenmerk van de materialen is dat het naadloos is - het bevat een zeer klein aantal koolstofranden, de plaatsen waar corrosiereacties ontstaan, en dit maakt hem extreem stabiel.

De onderzoekers onderzochten de fysieke eigenschappen van hun nieuwe materiaal met behulp van elektronenmicroscopie en een reeks fysieke tests, waaronder röntgendiffractie en vibrationele spectroscopie technieken. Ze testten ook commerciële op grafeen gebaseerde materialen, inclusief enkelwandige koolstofnanobuisjes, gereduceerde grafeenoxiden, en 3D-grafeen, gebruik van actieve kool als vergelijkingsmaatstaf.

Ze toonden aan dat het materiaal een uitstekende stabiliteit had bij hoge temperaturen van 60 °C en een hoog voltage van 3,5 volt in een conventionele organische elektrolyt. aanzienlijk, het vertoonde een ultrahoge stabiliteit bij 25 ° C en 4,4 volt - 2,7 keer hoger dan conventionele actieve kool en andere op grafeen gebaseerde materialen. "Dit is een wereldrecord voor spanningsstabiliteit van koolstofmaterialen in een symmetrische supercondensator, ' zegt Nishihara.

Het nieuwe materiaal maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van zeer duurzame, hoogspannings-supercondensatoren die voor veel toepassingen kunnen worden gebruikt, inclusief motorvoertuigen.