Een team van UCF-wetenschappers heeft een nieuw proces ontwikkeld voor het creëren van flexibele supercondensatoren die meer energie kunnen opslaan en meer dan 30 kunnen worden opgeladen, 000 keer zonder vernedering.

De nieuwe methode van het NanoScience Technology Center van de University of Central Florida zou uiteindelijk een revolutie teweeg kunnen brengen in technologie die zo gevarieerd is als mobiele telefoons en elektrische voertuigen.

"Als ze de batterijen zouden vervangen door deze supercondensatoren, je zou je mobiele telefoon in een paar seconden kunnen opladen en je zou hem meer dan een week niet opnieuw hoeven op te laden, " zei Nitin Choudhary, een postdoctoraal medewerker die veel van het onderzoek heeft uitgevoerd dat onlangs in het academische tijdschrift is gepubliceerd ACS Nano .

Iedereen met een smartphone kent het probleem:na 18 maanden of zo, het houdt een lading voor steeds minder tijd vast naarmate de batterij begint te verslechteren.

Wetenschappers hebben het gebruik van nanomaterialen bestudeerd om supercondensatoren te verbeteren die batterijen in elektronische apparaten zouden kunnen verbeteren of zelfs vervangen. Het is een hardnekkig probleem, omdat een supercondensator die evenveel energie bevat als een lithium-ionbatterij veel zou moeten zijn, veel groter.

Het team van UCF heeft geëxperimenteerd met het toepassen van nieuw ontdekte tweedimensionale materialen van slechts enkele atomen dik op supercondensatoren. Andere onderzoekers hebben ook formuleringen geprobeerd met grafeen en andere tweedimensionale materialen, maar met beperkt succes.

"Er zijn problemen geweest met de manier waarop mensen deze tweedimensionale materialen in de bestaande systemen opnemen - dat is een knelpunt in het veld. We hebben een eenvoudige chemische synthesebenadering ontwikkeld, zodat we de bestaande materialen heel mooi kunnen integreren met de tweedimensionale materialen , " zei hoofdonderzoeker Yeonwoong "Eric" Jung, een assistent-professor met gezamenlijke benoemingen bij het NanoScience Technology Center en de afdeling Materials Science &Engineering.

Het team van Jung heeft supercondensatoren ontwikkeld die zijn samengesteld uit miljoenen nanometer dikke draden bedekt met omhulsels van tweedimensionale materialen. Een sterk geleidende kern vergemakkelijkt een snelle elektronenoverdracht voor snel opladen en ontladen. En uniform gecoate schalen van tweedimensionale materialen leveren hoge energie- en vermogensdichtheden op.

Wetenschappers wisten al dat tweedimensionale materialen veelbelovend waren voor toepassingen voor energieopslag. Maar totdat het door UCF ontwikkelde proces voor het integreren van die materialen, er was geen manier om dat potentieel te realiseren, zei Jung.

"Voor kleine elektronische apparaten, onze materialen overtreffen de conventionele wereldwijd in termen van energiedichtheid, vermogensdichtheid en cyclische stabiliteit, ' zei Choudhary.

Cyclische stabiliteit bepaalt hoe vaak het kan worden opgeladen, leeggemaakt en weer opgeladen voordat hij begint te degraderen. Bijvoorbeeld, een lithium-ionbatterij kan minder dan 1 worden opgeladen 500 keer zonder noemenswaardige storing. Recente formuleringen van supercondensatoren met tweedimensionale materialen kunnen een paar duizend keer worden opgeladen.

Ter vergelijking, het nieuwe proces gecreëerd bij UCF levert een supercondensator op die niet degradeert, zelfs niet nadat hij is opgeladen 30, 000 keer.

Jung werkt samen met UCF's Office of Technology Transfer om het nieuwe proces te patenteren.

Supercondensatoren die de nieuwe materialen gebruiken, kunnen worden gebruikt in telefoons en andere elektronische gadgets, en elektrische voertuigen die kunnen profiteren van plotselinge uitbarstingen van kracht en snelheid. En omdat ze flexibel zijn, het kan een aanzienlijke vooruitgang betekenen in draagbare technologie, ook.

"Het is niet klaar voor commercialisering, " zei Jung. "Maar dit is een proof-of-concept demonstratie, en onze studies tonen aan dat er voor veel technologieën zeer grote gevolgen zijn."

Naast Choudhary en Jung, het onderzoeksteam omvatte Chao Li, Julian Moore en universitair hoofddocent Jayan Thomas, alle van het UCF NanoScience Technology Center; en Hee-Suk Chung van Korea Basic Science Institute in Jeonju, Zuid-Korea.