Terwijl in de proof-of-concept-fase, het toont een enorm potentieel als draagbare stroomvoorziening in verschillende praktische toepassingen, waaronder elektrische voertuigen, telefoons en draagbare technologie.

De vondst, vandaag gepubliceerd in Natuur Energie , lost het probleem op waarmee krachtige, snelladende supercondensatoren - dat ze meestal niet een grote hoeveelheid energie in een kleine ruimte kunnen bevatten.

Eerste auteur van de studie, Dr. Zhuangnan Li (UCL Chemie), zei:"Onze nieuwe supercondensator is buitengewoon veelbelovend voor de volgende generatie energieopslagtechnologie als vervanging voor de huidige batterijtechnologie, of voor gebruik ernaast, om de gebruiker meer macht te geven.

"We hebben materialen ontworpen die onze supercondensator een hoge vermogensdichtheid zouden geven - dat is hoe snel hij kan opladen of ontladen - en een hoge energiedichtheid - die zal bepalen hoe lang hij kan werken. Normaal gesproken, je kunt maar één van deze kenmerken hebben, maar onze supercondensator biedt beide, wat een cruciale doorbraak is.

"Bovendien, de supercondensator kan tot 180 graden buigen zonder de prestaties te beïnvloeden en gebruikt geen vloeibaar elektrolyt, dat het risico op explosie minimaliseert en het perfect maakt voor integratie in buigzame telefoons of draagbare elektronica."

Een team van chemici, ingenieurs en natuurkundigen werkten aan het nieuwe ontwerp, die een innovatief grafeenelektrodemateriaal gebruikt met poriën die in grootte kunnen worden veranderd om de lading efficiënter op te slaan. Deze afstemming maximaliseert de energiedichtheid van de supercondensator tot een record van 88,1 Wh/L (Wattuur per liter), wat de hoogste ooit gerapporteerde energiedichtheid is voor op koolstof gebaseerde supercondensatoren.

Vergelijkbare snelladende commerciële technologie heeft een relatief lage energiedichtheid van 5-8 Wh/L en traditionele langzaam ladende maar langlopende loodzuuraccu's die in elektrische voertuigen worden gebruikt, hebben doorgaans 50-90 Wh/L.

Hoewel de door het team ontwikkelde supercondensator een energiedichtheid heeft die vergelijkbaar is met de state-of-the-art waarde van loodzuurbatterijen, de vermogensdichtheid is twee ordes van grootte hoger dan 10, 000 Watt per liter.

Senior auteur en decaan van UCL Mathematical &Physical Sciences, Professor Ivan Parkin (UCL Chemie), zei:"Het succesvol opslaan van een enorme hoeveelheid energie in een compact systeem is een belangrijke stap in de richting van verbeterde technologie voor energieopslag. We hebben aangetoond dat het snel oplaadt, we kunnen de output regelen en het heeft een uitstekende duurzaamheid en flexibiliteit, waardoor het ideaal is voor ontwikkeling voor gebruik in geminiaturiseerde elektronica en elektrische voertuigen. Stel je voor dat je maar tien minuten nodig hebt om je elektrische auto volledig op te laden of een paar minuten voor je telefoon en dat gaat de hele dag mee."

De onderzoekers maakten elektroden van meerdere lagen grafeen, het creëren van een dichte, maar poreus materiaal dat geladen ionen van verschillende groottes kan vangen. Ze karakteriseerden het met behulp van een reeks technieken en ontdekten dat het het beste presteerde wanneer de poriegroottes overeenkwamen met de diameter van de ionen in de elektrolyt.

Het geoptimaliseerde materiaal, die een dunne film vormt, werd gebruikt om een ​​proof-of-concept-apparaat te bouwen met zowel een hoog vermogen als een hoge energiedichtheid.

De supercondensator van 6 cm x 6 cm was gemaakt van twee identieke elektroden die aan weerszijden van een gelachtige substantie waren gelaagd die fungeerde als een chemisch medium voor de overdracht van elektrische lading. Dit werd gebruikt om tientallen light-emitting diodes (LED's) van stroom te voorzien en bleek zeer robuust te zijn, flexibel en stabiel.

Zelfs wanneer gebogen op 180 graden, het presteerde bijna hetzelfde als toen het plat was, en na 5, 000 cycli, het behield 97,8% van zijn capaciteit.

senior auteur, Professor Feng Li (Chinese Academie van Wetenschappen), zei:"In de komende dertig jaar, de wereld van intelligente technologie zal versnellen, wat de communicatie sterk zal veranderen, vervoer en ons dagelijks leven. Door energieopslag slimmer te maken, apparaten worden voor ons onzichtbaar door automatisch en interactief met apparaten te werken. Onze slimme cellen zijn een goed voorbeeld van hoe de gebruikerservaring kan worden verbeterd en ze laten een enorm potentieel zien als draagbare stroomvoorziening in toekomstige toepassingen."