De mogelijkheid om mobiele telefoons in enkele seconden op te laden is een stap dichterbij gekomen nadat onderzoekers van de Universiteit van Waterloo nanotechnologie gebruikten om apparaten voor energieopslag, bekend als supercondensatoren, aanzienlijk te verbeteren.

Hun nieuwe ontwerp verdubbelt ruwweg de hoeveelheid elektrische energie die de snellaadapparaten kunnen bevatten, helpen de weg vrij te maken voor uiteindelijk gebruik in alles, van smartphones en laptops, tot elektrische voertuigen en krachtige lasers.

"We laten recordcijfers zien voor de energieopslagcapaciteit van supercondensatoren, " zei Michaël Paus, een professor in de chemische technologie die het Waterloo-onderzoek leidde. "En hoe energierijker we ze kunnen maken, hoe meer batterijen we kunnen gaan verdringen."

Supercondensatoren zijn een veelbelovende, groen alternatief voor traditionele batterijen - met voordelen zoals verbeterde veiligheid en betrouwbaarheid, naast veel sneller opladen, maar toepassingen zijn tot nu toe beperkt door hun relatief lage opslagcapaciteit.

Bestaande commerciële supercondensatoren slaan alleen voldoende energie op, bijvoorbeeld, om mobiele telefoons en laptops voor ongeveer 10 procent van stroom te voorzien zolang oplaadbare batterijen.

Om dat vermogen te vergroten, Pope en zijn medewerkers ontwikkelden een methode om atomair dunne lagen van een geleider, grafeen genaamd, te coaten met een olieachtig vloeibaar zout in supercondensatorelektroden.

Het vloeibare zout dient als afstandhouder om de dunne grafeenvellen te scheiden, voorkomen dat ze stapelen als stukjes papier. Dat vergroot hun blootgestelde oppervlak drastisch, een sleutel tot het maximaliseren van de energieopslagcapaciteit.

Tegelijkertijd, het vloeibare zout doet dubbel werk als de elektrolyt die nodig is om elektrische lading daadwerkelijk op te slaan, het minimaliseren van de grootte en het gewicht van de supercondensator.

"Dat is het leuke hieraan, " zei Pope. "Het is een slimme, elegante vormgeving."

De innovatie maakt ook gebruik van een wasmiddel om de druppeltjes olieachtig zout - dat wordt gecombineerd met water in een emulsie die lijkt op saladedressing - te verkleinen tot slechts enkele miljardsten van een meter, het verbeteren van hun coatingwerking. Het wasmiddel werkt ook als chemisch klittenband om de druppeltjes aan het grafeen te laten kleven.

Door de opslagcapaciteit van supercondensatoren te vergroten, kunnen ze klein en licht genoeg worden gemaakt om batterijen te vervangen voor meer toepassingen, vooral degenen die snel moeten worden opgeladen, snelle ontlading mogelijkheden.

Op korte termijn, Paus zei dat betere supercondensatoren loodzuurbatterijen in traditionele voertuigen kunnen verdringen, en worden gebruikt om energie op te vangen die anders verloren zou gaan door bussen en hogesnelheidstreinen wanneer ze remmen.

Verder weg, hoewel het onwaarschijnlijk is dat ze ooit de volledige opslagcapaciteit van batterijen zullen bereiken, supercondensatoren hebben het potentieel om consumentenelektronica gemakkelijk en betrouwbaar van stroom te voorzien, elektrische voertuigen en systemen op afgelegen locaties zoals de ruimte.

"Als ze op de juiste manier op de markt worden gebracht voor de juiste toepassingen, we zullen er meer en meer van gaan zien in ons dagelijks leven, " zei paus.

Het onderzoek, waarbij ook Zimin She betrokken was, promovendus, en Debasis Ghosh, een postdoctoraal onderzoeker, werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .