(PhysOrg.com) -- En ny design med ultrakondensator eller elektrisk dubbelskiktskondensator (DLC) har tillkännagivits i tidskriften Vetenskap Denna vecka, och skulle kunna bana väg för mindre och lättare bärbara elektronikenheter.

Ultrakondensatorer kan laddas och laddas ur på bara några sekunder och detta ger dem en fördel jämfört med batterier, som tar mycket längre tid, och gör dem extremt användbara i applikationer som regenerativ bromsning. Dock, för vissa applikationer är till och med några sekunder för långt, och det är här en ny ultrakondensator i nanoskala kommer in. Forskare i USA har byggt en ultrakondensator av fenor i nanometerskala av grafen, och denna design ger dem en enhet som kan laddas/urladdas på under 200 mikrosekunder.

Ultrakondensatorer lagrar laddning i elektriska fält mellan ledande ytor, så en större yta av ledande ytor gör att enheten kan hålla mer laddning. En större mängd lagrad laddning gör att ultrakondensatorer kan arbeta i enheter som behöver mer energi än vanliga kondensatorer kan ge, och de kan leverera energin mycket snabbare än ett batteri.

Ett team av forskare ledd av John Miller, ordförande för JME, ett elektrokemiskt kondensatorföretag baserat i Shaker Heights, Ohio har kunnat öka hastigheten på ultrakondensatorn genom att designa om elektroderna för att ge mer yta. Den nya elektroden, utvecklad av Ron Outlaw, en gruppmedlem från College of William and Mary, i Williamsburg, Virginia, består av ark av grafen som sticker upp vertikalt från en grafitbas. Grafenarken är gjorda av kol en atoms tjocklek, och odlas genom en plasmaassisterad kemisk ångavsättningsprocess. Grafitbasen är 10 nanometer tjock. Miller beskrev designen som att likna "rader av 600 nanometer höga potatischips som står på kanten."

Designen möjliggör mycket snabbare laddning och laddning än staplade grafenark som används i tidigare ultrakondensatorer eller de porförsedda ytorna på ultrakondensatorer av aktivt kol.

Enligt Millers team, den nya ultrakondensatorn kan ersätta skrymmande kondensatorer i bärbara enheter för att frigöra mer utrymme samtidigt som den jämnar ut toppar och dalar i strömförsörjningen. Den har testats i en filtreringskrets i en AC-likriktare, en uppgift där andra ultrakondensatorer misslyckas. (AC-likriktare tenderar att lämna ett spänningsrippel som kondensatorn jämnar ut.) Andra ultrakondensatorer misslyckas eftersom deras porösa elektroder får dem att agera som motstånd i filterkretsar. Den nya ultrakondensatorn fungerade bra i testet, vilket innebär att de kan ersätta de nuvarande kondensatorerna, som är sex gånger större.

Ron Outlaw sa att arbetet fortsätter med att öka kapacitansen och försöka göra grafenskivorna högre och mer parallella i syfte att hitta den perfekta balansen mellan maximal laddningslagring med minimal begränsning av jonflödet i elektrolyten. Eftersom storleken och vikten på ultrakondensatorerna minskar, de kommer att hitta fler tillämpningar inom områden som flygbolag, militären, och NASA.

© 2010 PhysOrg.com