(PhysOrg.com) -- Een nieuw ontwerp met ultracapacitor of elektrische dubbellaags condensator (DLC) is aangekondigd in het tijdschrift Wetenschap deze week, en kan de weg vrijmaken voor kleinere en lichtere draagbare elektronische apparaten.

Ultracapacitors kunnen in slechts enkele seconden worden opgeladen en ontladen en dit geeft ze een voordeel ten opzichte van batterijen, die veel langer duren, en maken ze uiterst nuttig in toepassingen zoals regeneratief remmen. Echter, voor sommige toepassingen is zelfs een paar seconden te lang, en dit is waar een nieuwe ultracapacitor op nanoschaal binnenkomt. Onderzoekers in de VS hebben een ultracapacitor gebouwd van vinnen op nanometerschaal van grafeen, en dit ontwerp geeft ze een apparaat dat in minder dan 200 microseconden kan opladen/ontladen.

Ultracondensatoren slaan lading op in elektrische velden tussen geleidende oppervlakken, dus een groter oppervlak van geleidende oppervlakken stelt het apparaat in staat meer lading vast te houden. Een grotere hoeveelheid opgeslagen lading stelt ultracondensatoren in staat om te werken in apparaten die meer energie nodig hebben dan gewone condensatoren kunnen leveren, en ze kunnen de energie veel sneller leveren dan een batterij.

Een team van onderzoekers onder leiding van John Miller, voorzitter van JME, een elektrochemisch condensatorbedrijf gevestigd in Shaker Heights, Ohio heeft de snelheid van de ultracondensator kunnen verhogen door de elektroden opnieuw te ontwerpen om meer oppervlakte te krijgen. De nieuwe elektrode, ontwikkeld door Ron Outlaw, een teamlid van het College of William and Mary, in Williamsburg, Virginia, bestaat uit vellen grafeen die verticaal uit een grafietbasis steken. De grafeenplaten zijn gemaakt van koolstof één atoom dik, en gegroeid door een plasma-geassisteerd chemisch dampafzettingsproces. De grafietbasis is 10 nanometer dik. Miller beschreef het ontwerp als "rijen van 600 nanometer hoge aardappelchips die op de rand staan".

Het ontwerp zorgt voor veel sneller opladen en opladen dan gestapelde grafeenvellen die werden gebruikt in eerdere ultracondensatoren of de geporeerde oppervlakken van actieve kool-ultracondensatoren.

Volgens het team van Miller, de nieuwe ultracondensator zou omvangrijke condensatoren in draagbare apparaten kunnen vervangen om meer ruimte vrij te maken, terwijl pieken en dalen in voedingen nog steeds worden afgevlakt. Het is getest in een filtercircuit in een AC-gelijkrichter, een taak waarbij andere ultracondensatoren falen. (AC-gelijkrichters hebben de neiging een spanningsrimpel achter te laten die de condensator afvlakt.) Andere ultracondensatoren falen omdat ze door hun poreuze elektroden werken als weerstanden in filtercircuits. De nieuwe ultracapacitor werkte goed in de test, wat betekent dat ze de huidige condensatoren kunnen vervangen, die zes keer groter zijn.

Ron Outlaw zei dat er wordt gewerkt aan het vergroten van de capaciteit en probeert de grafeenplaten groter en meer parallel te maken met als doel de perfecte balans te vinden tussen maximale ladingsopslag met minimale beperking van de ionenstroom in de elektrolyt. Naarmate de grootte en het gewicht van de ultracondensatoren worden verminderd, ze zullen meer toepassingen vinden in gebieden zoals luchtvaartmaatschappijen, het leger, en Nasa.

© 2010 PhysOrg.com