Ett forskarteam från KAIST har utvecklat en ny hybrid energilagringsenhet som kan laddas på mindre än en halv minut. Den använder vattenhaltiga elektrolyter istället för brandfarliga organiska lösningsmedel, så det är både miljövänligt och säkert. Det underlättar också en förstärkningsladdning med hög energitäthet, vilket gör den lämplig för bärbara elektroniska enheter.

Professor Jeung Ku Kang och hans team från Graduate School of Energy, Miljö, Vatten, and Sustainability utvecklade denna hybridenergilagring med höga energi- och effekttätheter under en lång livscykel genom att montera fiberliknande polymerkedjeanoder och metalloxidkatoder i subnanoskala på grafen.

Konventionella vattenhaltiga elektrolytbaserade energilagringsanordningar har en begränsning för att öka laddningar och hög energitäthet på grund av låg drivspänning och brist på anodmaterial. Energilagringsenhetens kapacitet bestäms av de två elektroderna, och balansen mellan katod och anod leder till hög stabilitet. I allmänhet, två elektroder uppvisar skillnader i elektriska egenskaper och skiljer sig åt i processer för jonlagringsmekanism, vilket resulterar i dålig lagring och stabilitet från obalansen.

Forskargruppen tog fram nya strukturer och material för att underlätta snabb hastighet i energiutbytet på elektrodernas ytor och minimera energiförlusten mellan de två elektroderna.

Teamet gjorde anoder med grafenbaserade polymerkedjematerial. Den webbliknande strukturen hos grafen leder till en stor yta, vilket möjliggör högre kapacitans.

För katodmaterial, teamet använde metalloxid i sub-nanoskala strukturer för att höja atom-för-jon redoxreaktioner. Denna metod realiserade högre energitäthet och snabbare energiutbyte samtidigt som energiförlusten minimerades.

Den utvecklade enheten kan laddas inom 20 till 30 sekunder med hjälp av ett lågeffektsladdningssystem, till exempel en USB-växlande laddare eller en flexibel solcellscell. Den utvecklade vattenbaserade hybridenergienheten visar mer än 100 gånger högre effekttäthet jämfört med konventionella vattenbaserade batterier och kan snabbt laddas. Ytterligare, enheten visade hög stabilitet med dess kapacitet bibehållen på 100 % vid en hög laddnings-/urladdningsström.

Professor Kang sa, "Denna miljövänliga teknik kan enkelt tillverkas och är mycket användbar. I synnerhet, dess höga kapacitet och höga stabilitet, jämfört med befintlig teknik, skulle kunna bidra till kommersialiseringen av vattenhaltiga kondensatorer. Enheten kan snabbt laddas med hjälp av ett lågeffektsladdningssystem, och kan därför appliceras på bärbar elektronisk anordning."