Att ta ett betydande steg mot att förbättra kraftförsörjningen av system som sträcker sig från urbana elnät till regenerativ bromsning i hybridfordon, forskare vid UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science har syntetiserat ett material som visar hög kapacitet för både snabb lagring och frigöring av energi.

I en artikel publicerad 14 april i den peer-reviewade tidskriften Naturmaterial , ett team ledd av professorn i materialvetenskap och ingenjörskonst Bruce Dunn definierar egenskaperna hos en syntetiserad form av nioboxid – en förening baserad på ett grundämne som används i rostfritt stål – med en fantastisk möjlighet att lagra energi. Materialet skulle användas i en "superkondensator, "en enhet som kombinerar den höga lagringskapaciteten hos litiumjonbatterier och den snabba energileveransförmågan hos vanliga kondensatorer.

UCLA -forskare sa att utvecklingen kan leda till extremt snabb laddning av enheter, allt från mobil elektronik till industriell utrustning. Till exempel, superkondensatorer används för närvarande i energifångande system som hjälper till att driva lastkranar i hamnar, minska användningen av kolvätebränslen som diesel.

"Med detta arbete, vi suddar ut gränserna mellan vad som är ett batteri och vad som är en superkondensator, sa Veronica Augustyn, en doktorand i materialvetenskap vid UCLA och huvudförfattare till uppsatsen. "Upptäckten tar nackdelarna med kondensatorer och nackdelarna med batterier och tar bort dem."

Batterier lagrar effektivt energi men levererar inte ström effektivt eftersom de laddade bärarna, eller joner, rör dig långsamt genom det fasta batterimaterialet. Kondensatorer, som lagrar energi på ytan av ett material, har i allmänhet låga lagringsmöjligheter.

Forskare på Dunns team syntetiserade en typ av nioboxid som visar betydande lagringskapacitet genom "interkalationspseudokapacitans, " där joner avsätts i huvuddelen av nioboxiden på samma sätt som sandkorn kan avsättas mellan småsten.

Som ett resultat, elektroder så mycket som 40 mikron tjocka - ungefär samma bredd som många kommersiella batterikomponenter - kan snabbt lagra och leverera energi på samma tidsskala som elektroder som är mer än 100 gånger tunnare.

Dunn betonar att även om elektroderna är ett viktigt första steg, "vidare konstruktion på nanoskala och därefter kommer att vara nödvändigt för att uppnå praktiska enheter med hög energitäthet som kan laddas på under en minut."