Een belangrijke stap zetten in de richting van het verbeteren van de vermogensafgifte van systemen, variërend van stedelijke elektriciteitsnetten tot regeneratief remmen in hybride voertuigen, onderzoekers van de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science hebben een materiaal gesynthetiseerd dat een hoog vermogen vertoont voor zowel de snelle opslag als het vrijkomen van energie.

In een paper gepubliceerd op 14 april in het peer-reviewed tijdschrift Natuurmaterialen , een team onder leiding van professor materiaalkunde en techniek Bruce Dunn definieert de kenmerken van een gesynthetiseerde vorm van niobiumoxide - een verbinding op basis van een element dat wordt gebruikt in roestvrij staal - met een geweldige mogelijkheid om energie op te slaan. Het materiaal zou worden gebruikt in een "supercondensator, " een apparaat dat de hoge opslagcapaciteit van lithium-ionbatterijen combineert met de snelle energielevering van gewone condensatoren.

UCLA-onderzoekers zeiden dat de ontwikkeling zou kunnen leiden tot extreem snel opladen van apparaten, variërend in toepassingen van mobiele elektronica tot industriële apparatuur. Bijvoorbeeld, supercondensatoren worden momenteel gebruikt in systemen voor het opvangen van energie die helpen bij het aandrijven van laadkranen in havens, vermindering van het gebruik van koolwaterstofbrandstoffen zoals diesel.

"Met dit werk we vervagen de lijnen tussen wat een batterij is en wat een supercondensator is, " zei Veronica Augustyn, een afgestudeerde student materiaalkunde aan de UCLA en hoofdauteur van het artikel. "De ontdekking neemt de nadelen van condensatoren en de nadelen van batterijen weg en doet ze weg."

Batterijen slaan effectief energie op, maar leveren niet efficiënt stroom omdat de geladen dragers, of ionen, beweeg langzaam door het solide batterijmateriaal. condensatoren, die energie opslaan aan het oppervlak van een materiaal, hebben over het algemeen weinig opslagcapaciteit.

Onderzoekers van het team van Dunn hebben een type niobiumoxide gesynthetiseerd dat een aanzienlijke opslagcapaciteit vertoont door middel van "intercalatie-pseudocapaciteit, " waarin ionen worden afgezet in het grootste deel van het niobiumoxide op dezelfde manier waarop zandkorrels tussen kiezelstenen kunnen worden afgezet.

Als resultaat, elektroden met een dikte van maar liefst 40 micron - ongeveer dezelfde breedte als veel commerciële batterijcomponenten - kunnen snel energie opslaan en leveren op dezelfde tijdschalen als elektroden die meer dan 100 keer dunner zijn.

Dunn benadrukt dat hoewel de elektroden een belangrijke eerste stap zijn, "verdere engineering op nanoschaal en daarbuiten zal nodig zijn om praktische apparaten met een hoge energiedichtheid te realiseren die in minder dan een minuut kunnen worden opgeladen."