Scientists from the University of Central Florida (UCF) have created a supercapacitor battery prototype that works like new even after being recharged 30,000 times. The research could yield high-capacity, ultra-fast-charging batteries that last over 20 times longer than a conventional lithium-ion cell. "You could charge your mobile phone in a few seconds and you wouldn't need to charge it again for over a week," says UCF postdoctoral associate Nitin Choudhary.
Supercapacitors can be charged quickly because they store electricity statically on the surface of a material, rather than using chemical reactions like batteries. That requires "two-dimensional" material sheets with large surface areas that can hold lots of electrons. However, much of the research, including that by EV-maker Henrik Fisker and UCLA, uses graphene as the two-dimensional material.
Yeonwoong "Eric" Jung from UCF says it's a challenge to integrate graphene with other materials used in supercapacitors, though. That's why his team wrapped 2D metal materials (TMDs) just a few atoms thick around highly-conductive 1D nanowires, letting electrons pass quickly from the core to the shell. That yielded a fast charging material with high energy and power density that's relatively simple to produce. "We developed a simple chemical synthesis approach so we can very nicely integrate the existing materials with the two-dimensional materials," Jung says.
The research is in early days and not ready for commercialization, but it looks promising. ""For small electronic devices, our materials are surpassing the conventional ones worldwide in terms of energy density, power density and cyclic stability," Choudhary said.
Jung calls the research "proof-of-concept," and the team is now trying to patent its new process. While it could go nowhere like many other battery developments, it's worth looking at new supercapacitor research closely. If commercialized, it could allow for longer-range EVs that can be charged in minutes rather than hours, long-lasting (non-explosive) smartphones that can be charged in seconds and grid or home energy storage solutions that drastically reduce our reliance on fossil fuels.
Nuova tecnologia batteria che dura giorni, ricarica a 1 secondo
Gli scienziati della University of Central Florida (UCF) hanno creato un prototipo di batteria supercondensatore che funziona come nuovo anche dopo essere stato ricaricato 30.000 volte. La ricerca potrebbe produrre ad alta capacità, batterie che durano più di 20 volte di più di una batteria al litio-ioni convenzionale ultra-veloce-ricarica. "Si potrebbe ricaricare il telefono cellulare in pochi secondi e non avrebbe bisogno di pagare di nuovo per più di una settimana", dice UCF postdottorato associato Nitin Choudhary.
Supercapacitors possono essere caricate rapidamente perché memorizzano elettricità statica sulla superficie di un materiale, piuttosto che utilizzare reazioni chimiche come le batterie. Ciò richiede fogli materiali "bidimensionali", con grandi superfici che possono contenere un sacco di elettroni. Tuttavia, gran parte della ricerca, compresa quella da EV-maker Henrik Fisker e UCLA, utilizza grafene come materiale bidimensionale.
Yeonwoong "Eric" Jung da UCF dice che è una sfida per integrare grafene con altri materiali utilizzati in supercondensatori, però. Ecco perché la sua squadra avvolto materiali metallici 2D (TMD) a pochi atomi nanofili 1D spessore intorno altamente conduttivi, lasciando che gli elettroni passano rapidamente dal nucleo al guscio. Che ha dato un materiale veloce ricarica con alta energia e densità di potenza che è relativamente semplice da produrre. "Abbiamo sviluppato un approccio semplice sintesi chimica in modo che possiamo molto bene integrare i materiali esistenti con i materiali bidimensionali", afferma Jung.
La ricerca è nei primi giorni e non è pronto per la commercializzazione, ma sembra promettente. "" Per piccoli dispositivi elettronici, i nostri materiali sono superando quelli convenzionali a livello mondiale in termini di densità di energia, densità di potenza e la stabilità ciclica ", ha detto Choudhary.
Jung chiama la ricerca "proof-of-concept", e il team sta ora cercando di brevettare il suo nuovo processo. Mentre potrebbe andare da nessuna parte, come molti altri sviluppi della batteria, vale la pena di guardare la nuova ricerca supercondensatore da vicino. Se commercializzato, potrebbe consentire per i veicoli elettrici a lungo raggio che possono essere caricate in pochi minuti anziché ore, smartphone di lunga durata (non esplosivi) che possono essere addebitate in pochi secondi e soluzioni di storage di rete o di energia casa che riducono drasticamente nostra dipendenza dai fossili combustibili.
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