Grafen-superkondensatorer klar til energiopbevaring i elektriske køretøjer, siger koreanske ingeniører

Elbiler kommer, klar eller ej. Og en af ​​de muliggørende teknologier, der gør dem mere førervenlige, er det ydmyge batteri, især lithium-ion-versioner, der kan lagre nok energi til at give disse biler en rimelig rækkevidde til bykørsel.

Selvfølgelig søger bilproducenter altid efter måder at forbedre effektiviteten og dermed rækkevidden af ​​disse køretøjer. Og en måde at gøre dette på er at genvinde og genbruge den energi, der normalt ville være spildt, når bremserne bremser et køretøj.

Der er dog et problem at gøre dette med konventionelle batterier. Bremsning sker over tidsskalaer målt i sekunder, men det er alt for hurtigt for batterier, som generelt tager mange timer at oplade. Så bilproducenterne er nødt til at finde andre måder at lagre denne energi på.

En af de mere lovende er at bruge superkondensatorer, fordi de kan lade hurtigt op og så aflade energien lige så hurtigt. Faktisk eksperimenterer mange bilproducenter med netop denne teknologi.

Men superkondensatorer er endnu ikke klar til den åbne vej. Det er fordi, selvom de oplader og aflades hurtigt, lagrer de ikke meget energi.

Hvad mere er, har de en tendens til at blive slidt ved gentagen brug, da materialerne inde i dem nedbrydes med den konstante strøm af ladning ind og ud. Det er en væsentlig ulempe ved en enhed, der skulle bruges mange millioner gange i løbet af en bils levetid.

Nu siger Santhakumar Kannappan ved Gwangju Institute of Science and Technology i Korea og et par venner, at de har en løsning baseret på øjeblikkets vidundermateriale - grafen. Disse fyre har bygget højtydende superkondensatorer af grafen, der lagrer næsten lige så meget energi som et lithium-ion-batteri. De kan oplade og aflade på få sekunder og vedligeholde alt dette over mange titusindvis af opladningscyklusser.

Tricket, disse fyre har perfektioneret, er at lave en meget porøs form for grafen, der har en enorm indre overflade. De skaber denne grafen ved at reducere grafenoxidpartikler med hydrazin i vand omrørt med ultralyd.

Grafenpulveret pakkes derefter i en møntformet celle og tørres ved 140 °C og ved et tryk på 300/kg/cm i fem timer.

Den resulterende grafenelektrode er meget porøs. Et enkelt gram af disse ting har et overfladeareal, der er større end en basketballbane. Det er vigtigt, fordi det giver elektroden mulighed for at rumme meget mere elektrolyt (en ionisk væske kaldet EBIMF 1 M). Og dette bestemmer i sidste ende mængden af ​​ladning superkondensatoren kan holde.

Kannappan og co har målt ydeevnen af ​​deres superkondensator og er tydeligt imponerede over resultaterne. De siger, at den har en specifik kapacitans på over 150 farads per gram kan lagre energi ved en tæthed på mere end 64 watt-timer per kilogram ved en strømtæthed på 5 ampere per gram.

Det kan næsten sammenlignes med lithium-ion-batterier, som har en energitæthed på mellem 100 og 200 watt-timer pr. kilogram.

Disse superkondensatorer har også andre fordele. Kannappan og co siger, at de kan oplade dem helt på kun 16 sekunder og har gentaget dette omkring 10.000 gange uden en væsentlig reduktion i kapacitansen. Disse værdier er de højeste hidtil rapporteret i litteraturen, siger de.

Det er et imponerende sæt præstationstal, som meget vel kan retfærdiggøre forfatternes konklusion om, at disse superkondensatorenergilagringsenheder ... kan skaleres op til fremstilling i den nærmeste fremtid til anvendelser af elektriske køretøjer.

Hvis de har ret, kan almindelige vejgående elbiler snart effektivt høste energi, som indtil nu stort set har været spildt.

Ref: arxiv.org/abs/1311.1548 : Grafenbaserede superkondensatorer med forbedret specifik kapacitans og hurtig opladningstid ved høj strømtæthed

skjule