Ett internationellt team av forskare, inklusive en professor i kemi från University of Bristol, har utarbetat ett sätt att förbättra energilagringsenheter som kallas superkondensatorer, genom att designa en ny klass av tvättmedel som är kemiskt relaterade till laxermedel.

Deras papper, publiceras idag i tidskriften Naturmaterial , förklarar varför dessa tvättmedel, kallade joniska vätskor, är bättre elektrolyter än nuvarande material och kan förbättra superkondensatorer.

För närvarande, vattenhaltiga och organiska elektrolyter används, men på senare tid, forskare och tillverkare har testat joniska vätskor istället för att öka prestandan.

Även om joniska vätskor är salter, vid rumstemperatur är de överraskande nog inte kristallina fasta ämnen – som deras namn antyder är de i själva verket vätskor.

Detta ger joniska vätskor många fördelar jämfört med konventionella elektrolyter eftersom de är stabila, icke brandfarlig, och ofta mycket mer miljövänligt.

För att utforska den spännande potentialen som joniska vätskor erbjuder för framväxande elektrokemiska teknologier designade författarna en ny uppsättning högeffektiva tvättmedelsliknande joniska flytande elektrolyter och förklarade hur de fungerar på elektrodytor.

Att förstå hur de fungerar kommer att hjälpa till att designa ännu mer effektiva enheter för att lagra elektrisk energi.

Professor Julian Eastoe, från University of Bristol's School of Chemistry, är medförfattare till studien. Han sa:"För att göra den här upptäckten krävdes ett team av forskare med en mycket varierad kompetens, spänner över kemisk syntes, avancerade strukturella, mikroskopi och elektriska tekniker samt beräkningsmetoder.

"Detta arbete visar kraften i vetenskaplig forskning "utan gränser", grupperna från olika nationer bidrog med sin egen expertis för att göra "helheten större än summan av delar".

Medförfattare, Xianwen Mao, från Massachusetts Institute of Technology (MIT), tillade:"Vi konstruerade en ny klass av joniska vätskor som kan lagra energi mer effektivt.

"Dessa tvättmedelsliknande joniska vätskor kan självmontera till sandwichliknande dubbelskiktsstrukturer på elektrodytor. Och det är mycket anledningen till att de ger bättre energilagringsprestanda."

Vanligtvis, för elektrolyter i kontakt med en laddad elektrod, fördelningen av joner domineras av elektrostatiska Coulombic interaktioner.

Dock, denna fördelning kan kontrolleras genom att göra de joniska vätskorna tvålliknande, eller amfifil, så att molekylerna nu har separata polära och opolära domäner, precis som vanliga tvättmedel.

Dessa tvålliknande elektrolyter bildar sedan spontant dubbelskiktsstrukturer på elektrodytorna, leder till mycket förbättrad energilagringskapacitet. Forskarna fann att temperatur och applicerad spänning också påverkar energilagringsprestandan.

Denna nya klass av elektrolyter kan vara lämplig för utmanande operationer, såsom oljeborrning och rymdutforskning, men de kan också bana väg för nya och förbättrade superkondensatorer i hybridbilar.

Dessa enheter är väsentliga komponenter i moderna hybridbilar och kan överträffa batterier när det gäller högre effekt och bättre effektivitet.

Detta är särskilt fallet vid regenerativ bromsning där mekaniskt arbete omvandlas till elektrisk energi, som snabbt kan lagras i superkondensatorer redo att släppas.

Detta minskar energiförbrukningen och är mycket mer miljövänligt. Mer viktigt, använda de nya elektrolyterna som utvecklats i denna studie, framtida superkondensatorer kanske till och med kan lagra mer energi än batterier, potentiellt ersätta batterier i applikationer som elektriska fordon, personlig elektronik, och energilagringsanläggningar på nätnivå.