Föreställ dig om din döda bärbara dator eller telefon kunde laddas på en minut eller om en elbil kunde få full ström på 10 minuter.
Även om det inte är möjligt ännu, kan ny forskning av ett team av CU Boulder-forskare potentiellt leda till sådana framsteg.
Publicerad idag i Proceedings of the National Academy of Sciences , upptäckte forskare i Ankur Guptas labb hur små laddade partiklar, kallade joner, rör sig inom ett komplext nätverk av små porer. Genombrottet kan leda till utvecklingen av effektivare energilagringsenheter, såsom superkondensatorer, säger Gupta, biträdande professor i kemi och biologisk teknik.
"Med tanke på energins kritiska roll i planetens framtid kände jag mig inspirerad att tillämpa min kemiteknikkunskap för att utveckla energilagringsenheter," sa Gupta. "Det kändes som att ämnet var något underutforskat och som sådan det perfekta tillfället."
Gupta förklarade att flera kemitekniska tekniker används för att studera flöde i porösa material som oljereservoarer och vattenfiltrering, men de har inte utnyttjats fullt ut i vissa energilagringssystem.
Upptäckten är viktig inte bara för att lagra energi i fordon och elektroniska enheter utan också för elnät, där fluktuerande energiefterfrågan kräver effektiv lagring för att undvika slöseri under perioder med låg efterfrågan och för att säkerställa snabb tillgång under hög efterfrågan.
Superkondensatorer, energilagringsenheter som är beroende av jonackumulering i sina porer, har snabba laddningstider och längre livslängd jämfört med batterier.
"Den primära överklagandet av superkondensatorer ligger i deras hastighet," sa Gupta. "Så hur kan vi göra deras laddning och frigöring av energi snabbare? Genom den mer effektiva rörelsen av joner."
Deras resultat modifierar Kirchhoffs lag, som har styrt strömflödet i elektriska kretsar sedan 1845 och är en häftklammer i gymnasieelevers naturvetenskapliga klasser. Till skillnad från elektroner rör sig joner på grund av både elektriska fält och diffusion, och forskarna fastställde att deras rörelser vid porkorsningar skiljer sig från vad som beskrevs i Kirchhoffs lag.
Innan studien beskrevs jonrörelser endast i litteraturen i en rak por. Genom denna forskning kan jonrörelser i ett komplext nätverk av tusentals sammankopplade porer simuleras och förutsägas på några minuter.
"Det är språnget i arbetet," sa Gupta. "Vi hittade den saknade länken."
