Litiumjonbatterier kan vara hotade efter utvecklingen av polymermaterial av universiteten i Surrey och Bristol, tillsammans med Superdielectrics Ltd, som skulle kunna utmana dominansen av dessa traditionella batterier.

För bara ett år sedan, partnerna tillkännagav vetenskapliga resultat för nya polymermaterial som har dielektriska egenskaper 1, 000 till 10, 000 gånger större än befintliga elektrolyter (elektriska ledare). Dessa fantastiska vetenskapliga fynd har nu omvandlats till tekniska demonstrationer av "enhet".

Forskare från universiteten uppnådde praktiska kapacitansvärden på upp till 4F/cm2 på släta lågkostnadsmetallfolieelektroder. Befintliga superkondensatorer på marknaden når vanligtvis 0,3 F/cm2 beroende på komplexa elektroder med förlängd yta.

Mer betydande, forskarna lyckades uppnå resultat på 11-20F/cm2 när polymererna användes med specialbehandlade elektroder i rostfritt stål – vars detaljer hålls privata i väntan på patentansökan.

Om dessa kapacitansvärden kan uppnås i produktionen, det skulle potentiellt kunna se superkondensatorer uppnå energitätheter på upp till 180Wh/kg – högre än litiumjonbatterier.

Superkondensatorer lagrar energi med hjälp av elektroder och elektrolyter och både laddar och levererar energi snabbt – konventionella batterier utför samma uppgift på ett mycket långsammare, mer hållbart sätt. Superkondensatorer har förmågan att ladda och ladda ur snabbt under mycket stora antal cykler. Dock, eftersom befintliga superkondensatorer har dålig energitäthet per kilogram (för närvarande cirka en tjugondel av befintlig batteriteknik), de har inte kunnat konkurrera med konventionell batterienergilagring. Även med denna begränsning, superkondensatorbussar används redan i Kina, men den nuvarande tekniken innebär att de måste stanna för att laddas ofta (dvs. vid nästan varje busshållplats).

Teamet av forskare har kunnat testa de nya materialen på två sätt:

• Genom att använda små enskiktsceller laddade till 1,5 volt i två till fem minuter och sedan köra demonstrationsenheter, inklusive en liten fläkt.
• Genom att använda en trecellsserie som snabbt kan laddas till fem volt och driva en lysdiod.

University of Bristol går mycket längre genom att producera en komplex serieparallell cellstruktur där både den totala kapacitansen och driftspänningen kan styras separat.

Baserat på dessa imponerande resultat, Superdielectrics Ltd, företaget bakom denna teknik, planerar nu att bygga ett forsknings- och produktionscenter med låg volym. Om man lyckas i produktionen, materialet kunde inte bara användas som ett batteri för framtida mobila enheter, men skulle också kunna användas i tankstationer för elbilar.

Dr Brendan Howlin, Universitetslektor i beräkningskemi vid University of Surrey, sa:"Dessa resultat är extremt spännande och det är svårt att tro att vi har kommit så långt på så kort tid. Vi kan vara i början av ett nytt kapitel i tekniken för lågkostnadslagring av elektrisk energi som kan forma framtiden industrin och samhället i många år framöver."

Dr Donald Highgate, Forskningsdirektör för Superdielectrics Ltd och alumn vid University of Surrey, sa:"Dessa spännande resultat är särskilt tillfredsställande för mig eftersom de bygger på mitt arbete med hydrofila polymerer som har varit en stor del av mitt yrkesliv, med början på det senare 1970-talet med mjuka kontaktlinser för lång tid, och ledde under perioden 1990 till 2009, till bränsleceller och elektrolysörer med exceptionell effektivitet.

"Det nuvarande arbetet, om det kan översättas till produktion, lovar att göra snabbladdning möjlig för elfordon, samt att erbjuda en välbehövlig lågkostnadsmetod för att lagra den transienta produktionen från förnybara energisystem. Vind, våg- och solenergi är tillgänglig men den är intermittent och, utan förvaring, inte kan lita på att tillgodose våra energibehov. Detta nya arbete skulle förändra energisystemet som ligger till grund för hela vårt sätt att leva – det är den nödvändiga utvecklingen innan vi och våra barn kan få en genuint hållbar, miljösäker energiförsörjning."

Dr Ian Hamerton, Läsare i polymerer och kompositmaterial från Institutionen för rymdteknik vid University of Bristol, kommenterade:"Efter avslöjandet av de preliminära resultaten vid den första presskonferensen för bara 14 månader sedan, laget har arbetat hårt för att öka lagringsförmågan för dessa innovativa material ytterligare. Vår främsta utmaning är nu att översätta dessa vetenskapliga rön till robusta konstruerade enheter och låsa upp deras revolutionerande potential."