Professor Jie Tang, Groepsleider van de 1D Nanomaterials Research Group van de Materials Processing Unit, Nationaal Instituut voor Materiaalkunde, en de heer Qian Cheng, een promovendus en NIMS Junior Onderzoeker in dezelfde groep, zijn erin geslaagd de energiedichtheid van supercondensatoren drastisch te verhogen, die worden gebruikt om elektrische energie op te slaan.

Professor Jie Tang, Groepsleider van de 1D Nanomaterials Research Group van de Materials Processing Unit, Nationaal Instituut voor Materiaalkunde, en de heer Qian Cheng, een promovendus en NIMS Junior Onderzoeker in dezelfde groep, zijn erin geslaagd de energiedichtheid van supercondensatoren drastisch te verhogen, die worden gebruikt om elektrische energie op te slaan. Dit werd gerealiseerd door een nieuwe elektrode te ontwikkelen waarin grafeen nanosheets in een gelaagde structuur worden gestapeld met koolstof nanobuisjes ingeklemd tussen de grafeenlagen.

Diverse nieuwe batterijen, zoals nikkel-metaalhydridebatterijen, worden momenteel ontwikkeld met als doel een hogere efficiëntie en hogere energieopslag voor elektrische stroomvoorzieningen te bereiken. In vergelijking met batterijen, condensatoren hebben een grotere uitgangsvermogensdichtheid om snel opladen mogelijk te maken, uitstekende duurzaamheid om bewerkingen bij zowel hogere als lagere extreme temperaturen mogelijk te maken, betere cycliciteit voor herhaaldelijk opladen gedurende een lange periode, en zijn ook veiliger. Echter, het was een grote technische uitdaging om een ​​hoge energiedichtheid te realiseren vanwege de relatief lage specifieke capaciteit van de conventionele condensatorinrichtingen.

Om een ​​revolutionaire toename van de dichtheid van energieopslag te bereiken, Professor Tang en haar team, in samenwerking met Professor Lu-Chang Qin van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill in de Verenigde Staten, hebben een op grafeen gebaseerde composietstructuur ontworpen en ontwikkeld, waarin grafeen wordt gebruikt als het basismateriaal van de condensatorelektroden en koolstofnanobuisjes (CNT) tussen de grafeenvellen worden gestoken. In deze structuur biedt grafeen een veel groter specifiek oppervlak (2630 m .) ² /g) dan de conventionele materialen en de CNT's fungeren als afstandhouders en als geleidende paden om adsorptie van een grotere hoeveelheid elektrolytionen op het grafeenoppervlak mogelijk te maken. Met deze grafeen-CNT-composiet als de condensatorelektroden, Professor Tang heeft een hoge energiedichtheid van 62,8 Wh/kg en een uitgangsvermogensdichtheid van 58,5 kW/kg bereikt met behulp van organische elektrolyt. Door een ionische vloeistof als elektrolyt te gebruiken, ze hebben een energiedichtheid van 155,6 Wh/kg bereikt, die vergelijkbaar is met die van nikkel-metaalhydridebatterijen.

Onder de vele industriële toepassingen van condensatoren, de nieuwe condensatoren die in dit onderzoek zijn ontwikkeld, bieden beloften als krachtbronnen voor elektrische en hybride voertuigen, die een hoge energiedichtheid vereisen. Omdat de huidige productieprocessen ook goedkoop zijn en kunnen worden opgeschaald, er worden hoge verwachtingen gesteld aan praktische toepassingen.