Grafen superkondensatorer redo för energilagring av elfordon, säger koreanska ingenjörer

Elfordon kommer, redo eller inte. Och en av de möjliggörande teknikerna som gör dem mer förarvänliga är det ödmjuka batteriet, särskilt litiumjonversioner som kan lagra tillräckligt med energi för att ge dessa bilar en rimlig räckvidd för stadskörning.

Naturligtvis letar biltillverkarna alltid efter sätt att förbättra effektiviteten, och därmed räckvidden, för dessa fordon. Och ett sätt att göra detta är att återvinna och återanvända den energi som normalt skulle gå till spillo när bromsarna bromsar ett fordon.

Det finns dock ett problem att göra detta med konventionella batterier. Bromsning sker över tidsskalor mätt i sekunder, men det är alldeles för snabbt för batterier, som vanligtvis tar många timmar att ladda. Så biltillverkarna måste hitta andra sätt att lagra denna energi.

En av de mer lovande är att använda superkondensatorer, eftersom de kan ladda snabbt och sedan ladda ur energin lika snabbt. Faktum är att många biltillverkare experimenterar med just denna teknik.

Men superkondensatorer är ännu inte redo för den öppna vägen. Det beror på att även om de laddas och laddas ur snabbt, lagrar de inte mycket energi.

Dessutom tenderar de att slitas ut vid upprepad användning eftersom materialen inuti dem går sönder med det konstanta flödet av laddning in och ut. Det är en betydande nackdel med en enhet som skulle behöva användas många miljoner gånger under en bils livstid.

Nu säger Santhakumar Kannappan vid Gwangju Institute of Science and Technology i Korea och några kompisar att de har en lösning baserad på ögonblickets undermaterial – grafen. Dessa killar har byggt högpresterande superkondensatorer av grafen som lagrar nästan lika mycket energi som ett litiumjonbatteri. De kan ladda och ladda ur på några sekunder och underhålla allt detta under många tiotusentals laddningscykler.

Tricket som dessa killar har fulländat är att göra en mycket porös form av grafen som har en enorm inre yta. De skapar denna grafen genom att reducera grafenoxidpartiklar med hydrazin i vatten omrört med ultraljud.

Grafenpulvret packas sedan i en myntformad cell och torkas vid 140 °C och vid ett tryck av 300/kg/cm i fem timmar.

Den resulterande grafenelektroden är mycket porös. Ett enda gram av det här har en yta som är större än en basketplan. Det är viktigt eftersom det tillåter elektroden att ta emot mycket mer elektrolyt (en jonisk vätska som kallas EBIMF 1 M). Och detta bestämmer i slutändan hur mycket laddning superkondensatorn kan hålla.

Kannappan och co har mätt prestandan hos sin superkondensator och är klart imponerade av resultaten. De säger att den har en specifik kapacitans på över 150 farad per gram kan lagra energi vid en densitet på mer än 64 wattimmar per kilogram vid en strömtäthet på 5 ampere per gram.

Det är nästan jämförbart med litiumjonbatterier, som har en energitäthet på mellan 100 och 200 wattimmar per kilogram.

Dessa superkondensatorer har också andra fördelar. Kannappan och co säger att de kan ladda dem helt på bara 16 sekunder och har upprepat detta cirka 10 000 gånger utan en betydande minskning av kapacitansen. Dessa värden är de högsta som hittills rapporterats i litteraturen, säger de.

Det är en imponerande uppsättning prestandasiffror, som mycket väl kan motivera författarnas slutsats att dessa superkondensatorenergilagringsenheter ... kan skalas upp för tillverkning inom en snar framtid för applikationer för elfordon.

Om de har rätt kan vanliga elfordon på väg snart effektivt skörda energi som hittills till stor del har gått till spillo.

Ref: arxiv.org/abs/1311.1548 : Grafenbaserade superkondensatorer med förbättrad specifik kapacitans och snabb laddningstid vid hög strömdensitet

Dölj