Professor Jie Tang, Gruppledare för 1D Nanomaterials Research Group för Material Processing Unit, National Institute for Materials Science, och Mr. Qian Cheng, en doktorand och NIMS juniorforskare i samma grupp, har lyckats dramatiskt öka energitätheten hos superkondensatorer, som används för att lagra elektrisk energi.
Professor Jie Tang, Gruppledare för 1D Nanomaterials Research Group för Material Processing Unit, National Institute for Materials Science, och Mr. Qian Cheng, en doktorand och NIMS juniorforskare i samma grupp, har lyckats dramatiskt öka energitätheten hos superkondensatorer, som används för att lagra elektrisk energi. Detta förverkligades genom att utveckla en ny elektrod där grafennanoark staplas i en skiktad struktur med kolnanorör inklämda mellan grafenskikten.
Olika nya batterier, som nickelmetallhydridbatterier, utvecklas för närvarande med syftet att uppnå högre effektivitet och högre energilagring för elkraftförsörjning. I jämförelse med batterier, kondensatorer har en större uteffekttäthet för att möjliggöra snabb laddning, utmärkt hållbarhet för att möjliggöra drift i både högre och lägre extrema temperaturer, bättre cyklicitet för laddning upprepade gånger under en lång period, och är också säkrare. Dock, det har varit en stor teknisk utmaning att realisera hög energitäthet på grund av den relativt låga specifika kapaciteten hos de konventionella kondensatoranordningarna.
För att uppnå en revolutionerande ökning av tätheten av energilagring, Professor Tang och hennes team, i samarbete med professor Lu-Chang Qin vid University of North Carolina vid Chapel Hill i USA, har designat och utvecklat en grafenbaserad kompositstruktur, där grafen används som basmaterial för kondensatorelektroderna och kolnanorör (CNT) sätts in mellan grafenarken. I denna struktur erbjuder grafen en mycket större specifik yta (2630 m 2 /g) än de konventionella materialen och CNT fungerar som distanser såväl som ledande banor för att möjliggöra adsorption av en större mängd elektrolytjoner på grafenytan. Med denna grafen-CNT-komposit som kondensatorelektroder, Professor Tang har uppnått en hög energitäthet på 62,8 Wh/kg och uteffekttäthet på 58,5 kW/kg med hjälp av organisk elektrolyt. Genom att använda en jonisk vätska som elektrolyt, de har uppnått en energitäthet på 155,6 Wh/kg, vilket är jämförbart med nickelmetallhydridbatterier.
Bland de många industriella tillämpningarna av kondensatorer, de nya kondensatorerna som utvecklats i denna forskning erbjuder löften som kraftkällor för el- och hybridfordon, som kräver hög energitäthet. Eftersom de nuvarande produktionsprocesserna också är billiga och kan skalas upp, Det ställs stora förväntningar på praktiska tillämpningar.
