Een team van onderzoekers uit de VS en Frankrijk rapporteert de ontwikkeling van een micro-supercondensator met opmerkelijke eigenschappen. Het artikel zal worden gepubliceerd in het vooraanstaande wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie online op 15 augustus.

Deze micro-supercondensatoren hebben het potentieel om nomadenelektronica van stroom te voorzien, draadloze sensornetwerken, biomedische implantaten, actieve radiofrequentie-identificatie (RFID)-tags en ingebouwde microsensoren, onder andere apparaten.

supercondensatoren, ook wel elektrische dubbellaags condensatoren (EDLC's) of ultracondensatoren genoemd, overbrug de kloof tussen batterijen, die een hoge energiedichtheid bieden, maar langzaam zijn, en "conventionele" elektrolytische condensatoren, die snel zijn maar een lage energiedichtheid hebben.

De nieuw ontwikkelde apparaten beschreven in Nature Nanotechnology hebben vermogens per volume die vergelijkbaar zijn met elektrolytische condensatoren, capaciteiten die vier ordes van grootte hoger zijn, en energieën per volume die een orde van grootte hoger zijn. Ze bleken ook drie orden van grootte sneller te zijn dan conventionele supercondensatoren, die worden gebruikt in back-upvoedingen, windenergiegeneratoren en andere machines. Deze nieuwe apparaten worden "micro-supercondensatoren" genoemd omdat ze slechts een paar micrometer (0,000001 meter) dik zijn.

Wat maakt dit mogelijk? "Supercondensatoren slaan energie op in ionenlagen op elektroden met een groot oppervlak, ” zei Dr. Yury Gogotsi, Trustee Chair Hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Drexel University, en een co-auteur van het papier. “Hoe hoger het oppervlak per volume van het elektrodemateriaal, hoe beter de prestaties van de supercondensator.”

Vadym Mochalin, onderzoeksassistent-professor materiaalkunde en techniek bij Drexel en co-auteur, zei, “We gebruiken elektroden gemaakt van ui-achtige koolstof, een materiaal waarin elk afzonderlijk deeltje is opgebouwd uit concentrische bollen van koolstofatomen, vergelijkbaar met de lagen van een ui. Elk deeltje heeft een diameter van 6-7 nanometer.”

Dit is de eerste keer dat een materiaal met zeer kleine bolvormige deeltjes voor dit doel is onderzocht. Eerder onderzochte materialen zijn onder meer actieve kool, nanobuisjes, en van carbide afgeleide koolstof (CDC).

“Het oppervlak van de ui-achtige koolstoffen is volledig toegankelijk voor ionen, terwijl met sommige andere materialen, de grootte of vorm van de poriën of van de deeltjes zelf zou het laad- of ontlaadproces vertragen, ' zei Mochalin. "Verder, we gebruikten een proces om de apparaten te assembleren waarvoor geen polymeer bindmateriaal nodig was om de elektroden bij elkaar te houden, wat de geleidbaarheid van de elektrode en de laad-/ontlaadsnelheid verder verbeterde. Daarom, onze supercondensatoren kunnen stroom leveren in milliseconden, veel sneller dan welke batterij of supercondensator dan ook die tegenwoordig wordt gebruikt.”