Mientras se encuentra en la etapa de prueba de concepto, muestra un enorme potencial como fuente de alimentación portátil en varias aplicaciones prácticas, incluidos vehículos eléctricos, teléfonos y tecnología portátil.
El descubrimiento, publicado hoy en Energía natural supera el problema que enfrentan los supercondensadores de alta potencia y carga rápida: que generalmente no pueden retener una gran cantidad de energía en un espacio pequeño.
El primer autor del estudio, el Dr. Zhuangnan Li Química UCL, dijo: "Nuestro nuevo supercondensador es extremadamente prometedor para la tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación como reemplazo de la tecnología de batería actual, o para usar junto con ella, para proporcionar elusuario con más poder.
"Diseñamos materiales que le darían a nuestro supercondensador una alta densidad de potencia, es decir, qué tan rápido se puede cargar o descargar, y una alta densidad de energía, que determinará cuánto tiempo puede funcionar. Normalmente, solo puedetiene una de estas características, pero nuestro supercondensador proporciona ambas, lo cual es un avance crítico.
"Además, el supercondensador puede doblarse a 180 grados sin afectar el rendimiento y no utiliza un electrolito líquido, lo que minimiza cualquier riesgo de explosión y lo hace perfecto para integrarse en teléfonos flexibles o dispositivos electrónicos portátiles".
Un equipo de químicos, ingenieros y físicos trabajó en el nuevo diseño, que utiliza un innovador material de electrodo de grafeno con poros que se puede cambiar de tamaño para almacenar la carga de manera más eficiente. Este ajuste maximiza la densidad de energía del supercondensador en un registro88.1 Wh / L Watt-hora por litro, que es la densidad de energía más alta jamás reportada para los supercondensadores basados en carbono.
La tecnología comercial similar de carga rápida tiene una densidad de energía relativamente pobre de 5-8 Wh / L y las baterías de plomo-ácido tradicionales de carga lenta pero de larga duración utilizadas en vehículos eléctricos suelen tener 50-90 Wh / L.
Si bien el supercondensador desarrollado por el equipo tiene una densidad de energía comparable al valor de vanguardia de las baterías de plomo-ácido, su densidad de potencia es dos órdenes de magnitud mayor a más de 10,000 vatios por litro.
El autor principal y decano de Ciencias Matemáticas y Físicas de UCL, Profesor Ivan Parkin Química de UCL, dijo: "Almacenar con éxito una gran cantidad de energía de manera segura en un sistema compacto es un paso significativo hacia una tecnología de almacenamiento de energía mejorada. Lo hemos demostradose carga rápidamente, podemos controlar su salida y tiene una excelente durabilidad y flexibilidad, por lo que es ideal para el desarrollo para su uso en electrónica miniaturizada y vehículos eléctricos. Imagine que necesita solo diez minutos para cargar completamente su automóvil eléctrico o un par de minutos para su teléfonoy dura todo el día "
Los investigadores hicieron electrodos a partir de múltiples capas de grafeno, creando un material denso pero poroso capaz de atrapar iones cargados de diferentes tamaños. Lo caracterizaron usando una variedad de técnicas y descubrieron que funcionaba mejor cuando los tamaños de poro coincidían con el diámetro deliones en el electrolito.
El material optimizado, que forma una película delgada, se usó para construir un dispositivo de prueba de concepto con una alta potencia y una alta densidad de energía.
El supercondensador de 6 cm x 6 cm estaba hecho de dos electrodos idénticos en capas a cada lado de una sustancia similar a un gel que actuaba como medio químico para la transferencia de carga eléctrica. Esto se utilizaba para alimentar docenas de diodos emisores de luz LED yse descubrió que era muy robusto, flexible y estable.
Incluso cuando se dobla a 180 grados, se desempeñó casi igual que cuando estaba plano, y después de 5,000 ciclos, retuvo el 97.8% de su capacidad.
Autor principal, profesor Feng Li Academia de Ciencias de China, dijo: "En los próximos treinta años, el mundo de la tecnología inteligente se acelerará, lo que cambiará en gran medida la comunicación, el transporte y nuestra vida diaria. Al hacer que el almacenamiento de energía sea más inteligente,los dispositivos se volverán invisibles para nosotros al trabajar de forma automática e interactiva con los dispositivos. Nuestras células inteligentes son un gran ejemplo de cómo se podría mejorar la experiencia del usuario y muestran un enorme potencial como fuente de alimentación portátil en futuras aplicaciones ".
El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de China, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China, la Academia de Ciencias de China y el EPSRC.
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Materiales proporcionado por University College London . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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