Grafeen-supercondensatoren klaar voor energieopslag in elektrische voertuigen, zeggen Koreaanse ingenieurs

Elektrische voertuigen komen eraan, klaar of niet. En een van de ondersteunende technologieën die ze bestuurdervriendelijker maken, is de bescheiden batterij, met name lithium-ionversies die voldoende energie kunnen opslaan om deze auto's een redelijk bereik te geven voor stadsritten.

Natuurlijk zijn autofabrikanten altijd op zoek naar manieren om de efficiëntie, en dus het bereik, van deze voertuigen te verbeteren. En een manier om dit te doen is de energie terug te winnen en opnieuw te gebruiken die normaal zou worden verspild wanneer de remmen van een voertuig vertragen.

Er is echter een probleem om dit te doen met conventionele batterijen. Remmen gebeurt over tijdschalen gemeten in seconden, maar dat is veel te snel voor batterijen, die over het algemeen vele uren nodig hebben om op te laden. Autofabrikanten moeten dus andere manieren vinden om deze energie op te slaan.

Een van de meest veelbelovende is om supercondensatoren te gebruiken, omdat ze snel kunnen opladen en de energie net zo snel kunnen ontladen. Veel autofabrikanten experimenteren inderdaad met alleen deze technologie.

Maar supercondensatoren zijn nog niet klaar voor de openbare weg. Dat komt omdat ze, hoewel ze snel opladen en ontladen, niet veel energie opslaan.

Bovendien hebben ze de neiging om bij herhaald gebruik te verslijten, omdat de materialen erin kapot gaan met de constante stroom van lading in en uit. Dat is een belangrijk nadeel van een apparaat dat gedurende de levensduur van een auto vele miljoenen keren zou moeten worden gebruikt.

Nu zeggen Santhakumar Kannappan van het Gwangju Institute of Science and Technology in Korea en een paar vrienden dat ze een oplossing hebben op basis van het wondermateriaal van het moment: grafeen. Deze jongens hebben krachtige supercondensatoren gebouwd van grafeen die bijna net zoveel energie opslaan als een lithium-ionbatterij. Ze kunnen in enkele seconden opladen en ontladen en dit alles gedurende vele tienduizenden oplaadcycli volhouden.

De truc die deze jongens hebben geperfectioneerd, is om een ​​zeer poreuze vorm van grafeen te maken met een enorm inwendig oppervlak. Ze creëren dit grafeen door grafeenoxidedeeltjes te verminderen met hydrazine in water dat wordt geroerd met ultrageluid.

Het grafeenpoeder wordt vervolgens verpakt in een muntvormige cel en gedurende vijf uur bij 140 °C en bij een druk van 300/kg/cm gedroogd.

De resulterende grafeenelektrode is zeer poreus. Een enkele gram van dit spul heeft een oppervlakte groter dan een basketbalveld. Dat is belangrijk omdat de elektrode hierdoor veel meer elektrolyt kan opnemen (een ionische vloeistof genaamd EBIMF 1 M). En dit bepaalt uiteindelijk de hoeveelheid lading die de supercondensator kan bevatten.

Kannappan en co hebben de prestaties van hun supercondensator gemeten en zijn duidelijk onder de indruk van de resultaten. Ze zeggen dat het een specifieke capaciteit heeft van meer dan 150 farads per gram en energie kan opslaan met een dichtheid van meer dan 64 wattuur per kilogram bij een stroomdichtheid van 5 ampère per gram.

Dat is bijna vergelijkbaar met lithium-ionbatterijen, die een energiedichtheid hebben tussen de 100 en 200 wattuur per kilogram.

Deze supercondensatoren hebben ook andere voordelen. Kannappan en co zeggen dat ze ze in slechts 16 seconden volledig kunnen opladen en hebben dit zo'n 10.000 keer herhaald zonder een significante vermindering van de capaciteit. Deze waarden zijn de hoogste tot nu toe gerapporteerd in de literatuur, zeggen ze.

Dat is een indrukwekkende reeks prestatiecijfers, die de conclusie van de auteurs kunnen rechtvaardigen dat deze supercapacitor-energieopslagapparaten … in de nabije toekomst kunnen worden opgeschaald voor productie voor toepassingen in elektrische voertuigen.

Als ze gelijk hebben, kunnen gewone elektrische voertuigen op de weg binnenkort efficiënt energie oogsten die tot nu toe grotendeels verspild was.

Referentie: arxiv.org/abs/1311.1548 : Op grafeen gebaseerde supercondensatoren met verbeterde specifieke capaciteit en snelle oplaadtijd bij hoge stroomdichtheid

zich verstoppen