Wetenschap
Stel je voor dat je dode laptop of telefoon binnen een minuut kan worden opgeladen of dat een elektrische auto binnen 10 minuten volledig van stroom kan worden voorzien.
Hoewel dit nog niet mogelijk is, zou nieuw onderzoek door een team van CU Boulder-wetenschappers potentieel tot dergelijke vooruitgang kunnen leiden.
Vandaag gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences ontdekten onderzoekers in het laboratorium van Ankur Gupta hoe kleine geladen deeltjes, ionen genaamd, bewegen binnen een complex netwerk van minuscule poriën. De doorbraak zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van efficiëntere apparaten voor energieopslag, zoals supercondensatoren, zegt Gupta, universitair docent chemische en biologische technologie.
"Gezien de cruciale rol van energie in de toekomst van de planeet, voelde ik me geïnspireerd om mijn kennis van chemische technologie toe te passen op de vooruitgang van energieopslagapparatuur", zei Gupta. "Het voelde alsof het onderwerp enigszins onderbelicht was en als zodanig de perfecte gelegenheid was."
Gupta legde uit dat verschillende chemische technieken worden gebruikt om de stroming in poreuze materialen zoals oliereservoirs en waterfiltratie te bestuderen, maar dat deze in sommige energieopslagsystemen nog niet volledig worden benut.
De ontdekking is niet alleen belangrijk voor de opslag van energie in voertuigen en elektronische apparaten, maar ook voor elektriciteitsnetwerken, waar de fluctuerende energievraag efficiënte opslag vereist om verspilling te voorkomen tijdens perioden van lage vraag en om een snelle levering te garanderen tijdens hoge vraag.
Supercondensatoren, apparaten voor energieopslag die afhankelijk zijn van de accumulatie van ionen in hun poriën, hebben snelle oplaadtijden en een langere levensduur in vergelijking met batterijen.
"De belangrijkste aantrekkingskracht van supercondensatoren ligt in hun snelheid", zei Gupta. "Dus hoe kunnen we het opladen en vrijgeven van energie sneller maken? Door de efficiëntere beweging van ionen."
Hun bevindingen wijzigen de wet van Kirchhoff, die sinds 1845 de stroomsterkte in elektrische circuits regelt en een belangrijk onderdeel is van de wetenschapslessen van middelbare scholieren. In tegenstelling tot elektronen bewegen ionen als gevolg van zowel elektrische velden als diffusie, en de onderzoekers stelden vast dat hun bewegingen op poriënkruispunten anders zijn dan wat werd beschreven in de wet van Kirchhoff.
Voorafgaand aan het onderzoek werden ionenbewegingen in de literatuur alleen beschreven in één rechte porie. Door dit onderzoek kan de ionenbeweging in een complex netwerk van duizenden onderling verbonden poriën in een paar minuten worden gesimuleerd en voorspeld.
"Dat is de sprong van het werk", zei Gupta. "We hebben de ontbrekende schakel gevonden."
'S Werelds kleinste sensor meet groeikracht van planten, dieren en mensen
De geheime kracht van tandenknarsen
Hoe actief zijn de micro-organismen in jouw yoghurt? Chemici creëren een nieuw hulpmiddel om de probiotische activiteit te bestuderen
Het onthullen van de nanostructuur van hout zou kunnen helpen de hoogtelimieten voor houten wolkenkrabbers te verhogen
Video:Waarom Antarctische vissen niet doodvriezen
Als het noodlot toeslaat, NASA brengt de kracht van de ruimte
Vier passagiers sterven in ondraaglijke hitte op Indiase trein
Koolstofafvang wordt ondersteund door olie-inkomsten, maar het is misschien niet genoeg
Canada zet stappen om milieubeoordelingen van energieprojecten te versnellen
Klimaatverandering intensiveert de waterkringloop, met krachtigere stormen en overstromingen tot gevolg
Facebook reguleren, Google en Amazon zijn moeilijk gezien hun verbijsterende complexiteit
Drinkfonteintje Probleemoplossing
Infraroodinstrument voor 's werelds grootste zonnetelescoop vangt zijn eerste stralen
Uit onderzoek blijkt dat diversiteit in de landbouw een positief effect heeft op de voedselzekerheid
Experimenten voor de binnenluchtkwaliteit tonen blootstellingsrisico's aan tijdens het koken, schoonmaken
EU stelt stemming over verlenging omstreden vergunning voor onkruidverdelger uit
Onderzoek koppelt megadroogte in Zuidoost-Azië aan drogen in Afrika
Afbeelding:geërodeerde lagen in Shalbatana Valles
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com