Van alle professors in het wetenschappelijk circuit die onderzoek verrichten naar de mogelijkheden met het wondermateriaal is James Tour één van de meest succesvolle.
Tour en zijn team uit de universiteit van Rice leveren steeds fantastisch werk af en niets is nu, met hun nieuwe innovatie, minder waar.
De onderzoekers aan de universiteit van Rice, die eerder al werkten aan de ontwikkeling en het vervaardigen van grafeen met lasertechnologie, hebben hun ontdekking nu geconfigureerd in wendbare solide microsupercondensatoren die het kunnen opnemen tegen het beste dat momenteel op de markt verkrijgbaar is voor energieopslag en afgifte.
Microsupercondensatoren zijn geen batterijen, maar benaderen de voordelen van batterijen wanneer de technologie verbetert. Traditionele condensatoren slaan energie op en laten het snel vrij (zoals de flits van een camera), in tegenstelling tot de gewone lithium-ion batterijen die een lange tijd opladen en hun energie langzamer vrijgeven wanneer nodig.
De microsupercondensatoren van het team uit Rice laden 50 keer sneller op dan batterijen, ontladen langzamer dan de traditionele condensatoren en stemmen overeen met commerciële supercondensatoren voor zowel de hoeveelheid opgeslagen energie als afgeleverde kracht.
De apparaten worden geproduceerd door het branden van patronen (elektrode) met een commerciële laser in plastic vellen op kamertemperatuur in de aanwezigheid van lucht, en elimineert wat voorheen de complexe fabricage omstandigheden beperkte in het gebruik van het toepassen van microsupercondensatoren.
De onderzoekers zien nu de weg volledig open voor kosteneffectieve, rol-tot-rol productie.
“Het is als pijn in de nek om nu microsupercondensatoren te bouwen”, declareerde James Tour.
“Ze vereisen veel lithografische stappen. We kunnen deze nu aanmaken in minuten: We branden de patronen, voegen elektrolyt toe en bedekken ze.”
Volgens de onderzoekers maakt de capaciteit van 934 microfarad per vierkante centimeter en energiedichtheid van 3,2 milliwatt per kubieke centimeter het model een concurrent voor commerciële dunne lithium folie batterijen, met een vermogensdichtheid twee orden van grootte hoger dan een accu.
De apparaten vertonen een lange levensduur en mechanische stabiliteit na 10.000 herhaaldelijke buigingen.
De energiedichtheid is vanwege de aard van het lasergeïnduceerde grafeen (LIG). Het team van Tour ontdekte vorig jaar al dat het verwarmen van een commerciële polyimide kunststofplaat met een laser alles verbrand op de toplaag op uitzondering van het koolstof, waardoor er een vorm van grafeen overblijft.
Maar in plaats van een vlakke plaat van hexagonale ringen van atomen laat de laser een sponsachtige matrix van grafeenvlokken achter dat gehecht is aan het polyimide, met een hoog oppervlaktegebied.
Tour is ervan overtuigd dat de dag komt dat supercondensatoren batterijen volledig zullen vervangen, als energieopslagsystemen in minuten laden in plaats van uren.
“We zijn er nog niet helemaal, maar we komen de hele tijd dichterbij.”
Bron: Rice University
Foto: Rice