(PhysOrg.com) -- Wetenschappers weten dat het gebruik van supercondensatoren in combinatie met batterijen het brandstofverbruik van hybride elektrische voertuigen (HEV's) aanzienlijk zou kunnen verhogen, omdat supercondensatoren veel sneller energie kunnen terugwinnen en leveren dan batterijen. Dit vermogen, bijvoorbeeld, stelt een supercondensator in staat om alle energie terug te winnen tijdens hard remmen, terwijl een batterij het mogelijk zou maken om energie te verspillen aan wrijvingsremmen vanwege het onvermogen om snel energie te oogsten.

“Batterijen kunnen niet snel energie oogsten of leveren, Rajesh Rajamani, een professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota, vertelde PhysOrg.com . “Als een voertuig snel moet remmen, wrijvingsremmen moeten worden gebruikt naast elektromagnetische remmen, omdat de elektromagnetische remmen een accu niet snel genoeg kunnen opladen om het voertuig zo snel af te remmen als de bestuurder wil. In tegenstelling tot batterijen, een supercondensator kan heel snel energie oogsten en leveren.”

Echter, een van de grootste uitdagingen waarmee onderzoekers worden geconfronteerd bij het implementeren van supercondensatoren in HEV's, is het vinden van een plaats onder de motorkap voor de omvangrijke apparaten. Een deel van de reden waarom supercondensatoren omvangrijk zijn, is dat ze vaak een gevaarlijke vloeibare elektrolyt gebruiken die moet worden afgedicht en gehuisvest, en deze beschermende materialen voegen gewicht en volume toe aan de apparaten.

Om dit probleem te voorkomen, Rajamani en zijn collega's Shan Hu van de Universiteit van Minnesota en Xun Yu van de Universiteit van Noord-Texas hebben een supercondensator ontworpen die volledig in vaste toestand is, inclusief een elektrolyt in vaste toestand waarvoor geen omvangrijke beschermende materialen nodig zijn. De nieuwe supercondensator presteert concurrerend met commerciële supercondensatoren, maar toch dun en flexibel genoeg is om bijna overal in een HEV te passen, mogelijk zelfs gemonteerd op de binnenoppervlakken van de carrosserie van het voertuig. De onderzoekers publiceerden hun studie over de flexibele, solid-state supercondensatoren in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

"HEV's die momenteel op de markt zijn, hebben geen supercondensatoren, ' zei Rajamani. "Verschillende onderzoeksgroepen hebben gewerkt aan het gebruik van supercondensatoren samen met batterijen in HEV's om een ​​lager brandstofverbruik en snellere voertuigrespons te bieden. Ons onderzoek levert hen een nieuwe supercondensator op die flexibel en solid-state is en geen ruimte in de motorkap of de kofferbak nodig heeft.”

De nieuwe solid-state supercondensator bestaat uit enkelwandig met koolstof nanobuisjes gecoat katoenpapier als elektroden en een vast polymeer als elektrolyt. Voor de elektroden, gebruikten de onderzoekers het katoenpapier dat normaal gesproken wordt gebruikt voor cosmetische gezichtsmaskers, omdat het lichter en absorberender is dan printpapier. Nadat u het katoenpapier in de gewenste vorm hebt gesneden, doopten de onderzoekers het papier herhaaldelijk in een oplossing van met zuur behandelde nanobuisjes, die sterk aan het papier hechtte.

Voor de elektrolyt, de onderzoekers mengden en verhitten een polymeeroplossing die er oorspronkelijk uitzag als een heldere, lijmachtige gel. Maar na het onderdompelen van de afgewerkte elektroden in de gel, de elektroden face-to-face monteren en alles laten drogen, het overtollige water verdampte en het elektrolyt werd vast.

"Het grootste belang van ons werk is dat het heeft geresulteerd in een flexibele en solid-state supercondensator, ' zei Rajamani. “Andere onderzoekers gebruikten eerder koolstofnanobuisjes in de elektroden voor supercaps. Echter, hun supercaps maakten ook gebruik van vloeibare elektrolyten en waren daarom niet volledig vast en ook niet flexibel.”

Bij testen, de supercondensator kan worden opgeladen tot meer dan 3 volt, wat gunstig is voor het bereiken van een hoge energiedichtheid, of toestaan ​​dat meer energie wordt opgeslagen in een bepaald volume. De andere specificaties van de supercondensator – een specifieke capaciteit van 13,15 F/g en een specifieke energie van 5,54 Wh/kg – lijken erg op de waarden van commerciële supercondensatoren. Plus, door zijn flexibiliteit kan hij worden gebogen voor eenvoudige montage in kleine ruimtes, wat het nuttig zou kunnen maken voor zowel draagbare elektronica als HEV's.

Het grootste nadeel van de nieuwe supercondensator is de hoge weerstand, wat resulteert in een lage totale vermogensdichtheid en dus een langzame oplaadsnelheid. De onderzoekers denken dat de reden voor de hoge weerstand te wijten is aan de papier-nanobuis-elektroden, die een hogere weerstand hebben dan metalen elektroden. Echter, ze voorspellen dat het coaten van het katoenen papier met een nanobuis-oplossing met een hogere dichtheid de weerstand kan verminderen, en ze zijn van plan om in de toekomst meer aan dit onderwerp te werken.

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.