Forskare vid North Carolina State University har funnit att ett material som innehåller atomärt tunna lager av vatten kan lagra och leverera energi mycket snabbare än samma material som inte inkluderar vattenlagren. Fyndet väcker några intressanta frågor om vätskornas beteende när de är begränsade till denna skala och har ett löfte om att forma framtida energilagringsteknik.

"Detta är ett bevis på koncept, men tanken på att använda vatten eller andra lösningsmedel för att "justera" transporten av joner i ett skiktat material är väldigt spännande, säger Veronica Augustyn, en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid NC State och motsvarande författare till ett papper som beskriver arbetet. "Grundtanken är att detta kan göra att en ökad mängd energi kan lagras per volymenhet, snabbare diffusion av joner genom materialet, och snabbare laddningsöverföring.

"På nytt, detta är bara ett första steg, men denna undersökning kan i slutändan leda till saker som tunnare batterier, snabbare lagring för förnybara elnät, eller snabbare acceleration i elfordon, Säger Augustyn.

"Målet för många energilagringsforskare är att skapa teknologier som har den höga energitätheten hos batterier och den höga effekten hos kondensatorer, säger James Mitchell, en Ph.D. student vid NC State och huvudförfattare till uppsatsen. "Pseudokondensatorer som den vi diskuterar i tidningen kan tillåta oss att utveckla teknologier som överbryggar det gapet."

För detta arbete, forskarna jämförde två material:en kristallin volframoxid och en skiktad, kristallint volframoxidhydrat – som består av kristallina volframoxidlager åtskilda av atomärt tunna lager vatten.

När du laddar de två materialen i 10 minuter, forskarna fann att den vanliga volframoxiden lagrade mer energi än hydratet. Men när laddningstiden bara var 12 sekunder, hydratet lagrade mer energi än det vanliga materialet. En sak som är spännande, säger forskarna, är att hydrat lagrat energi mer effektivt - slösar mindre energi som värme.

"Att införliva dessa lösningsmedelslager kan vara en ny strategi för kraftfulla energilagringsenheter som använder lagermaterial, ", säger Augustyn. "Vi tror att vattenlagret fungerar som en väg som underlättar överföringen av joner genom materialet.

"Vi går nu framåt med National Science Foundation-finansierat arbete med hur man kan finjustera detta så kallade" mellanlager, 'som förhoppningsvis kommer att öka vår förståelse av dessa material och få oss närmare nästa generations energilagringsenheter. "

Pappret, "Övergång från batteri till pseudokondensatorbeteende via strukturellt vatten i volframoxid, " publiceras i tidskriften Materialkemi .