Die Ära der wirklich schnell ladenden elektronischen Geräte nähert sich der Realität

Century of Enslavement: The History of The Federal Reserve (Juli 2019).

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Entwicklungen bei der Herstellung von Superkondensatoren treiben den State-of-the-Art voran

Von Gary Elinoff, beitragender Autor

Superkondensatoren haben alles über Batterien, wie schnell sie aufgeladen werden können. Sie müssen nicht das schwer flüchtige Element Lithium oder störende Flüssigelektrolyte enthalten, so dass die Gefahren von Explosion und Feuer drastisch reduziert werden. Das Problem ist die Energiedichte; Pfund für Pfund können heutige Superkondensatoren nur etwa 10% der Wattstunden halten, die moderne Lithium-Ionen-Batterien (LIB) können.

An der University of Waterloo arbeiten Professor Michael Pope und seine Kollegen daran, die Speicherkapazität drastisch zu verbessern. Die Platten des von ihnen entwickelten Kondensators bestehen aus Graphen und sind mit einem speziellen öligen flüssigen Salz überzogen. Dann werden Reinigungsmittel und Wasser verwendet, um die Größe der Tröpfchen flüssigen Salzes auf wenige Nanometer zu reduzieren. Das Detergens dient auch dazu, die Tropfen dazu zu bringen, fest an dem Graphen zu haften.

Die Nanometerskala der Tröpfchen, die Plattenschichten mikroskopisch voneinander trennt, ermöglicht es, eine große Anzahl von Platten in einem bestimmten Bereich zu platzieren. Und noch besser, die Tröpfchen selbst dienen als der Elektrolyt des Kondensators, so dass kein separates Element hinzugefügt werden muss, was die Trennung zwischen den Platten erhöhen würde, wodurch das negative Ergebnis der Verringerung der Gesamtkapazität der Vorrichtung vermieden wird. Eine Beschreibung der Arbeit von Professor Pope und seinem Team wurde in einer Pressemitteilung der University of Waterloo veröffentlicht, und ein Artikel in der Zeitschrift ACS Nano beschreibt die Arbeit im Detail.

Herstellung eines Superkondensators. Bildquelle: ACS Nano.

Frühe Anwendungen, die für hochdichte Superkondensatoren vorgesehen sind, umfassen Anwendungen, bei denen ein wirklich schnelles Laden und Entladen entscheidend ist. Dazu gehören die Stromversorgung von Hochleistungslasern und Rail-Guns sowie die Stromversorgung von tragbaren und mobilen Geräten.

Superkondensatoren werden auch beim Bremsen von elektrischen Fahrzeugen äußerst nützlich sein, bei dem kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, wodurch das Fahrzeug verlangsamt oder angehalten wird. Dies erzeugt einen großen elektrischen Stromstoß, von dem ein großer Teil nutzlos und verschwenderisch verbraucht wird. Superkondensatoren, die elektrische Ladung viel schneller absorbieren können als Batterien, können diese zuvor verlorene Energie wieder aufnehmen und in Reserve halten, bis sie wieder in den Fahrzeugmotor eingesetzt wird, um ihn wieder in Bewegung zu setzen.

Die Forschung zu LIBs für Elektrofahrzeuge ist aus dem Labor ausgetreten und befindet sich in Forschungslaboren von Unternehmen wie Toyota, das sich mit den Problemen der Ladegeschwindigkeit und der Brandgefahr beschäftigt und einen großen Vorsprung vor Superkondensatoren hat Bedingungen der Marktdurchdringung. Diese Geräte können jedoch nur über umweltverschmutzende Prozesse hergestellt werden, während der Bau von Superkondensatoren auf einem saubereren Weg zu gehen scheint.

Kurzfristig könnten Superkondensatoren die LIBs in mobilen Geräten wie Smartphones ersetzen. Laut Professor Pope: "Wenn sie richtig für die richtigen Anwendungen vermarktet werden, werden wir immer mehr davon in unserem täglichen Leben sehen."