Möjligheten att ladda mobiltelefoner på några sekunder är ett steg närmare efter att forskare vid University of Waterloo använt nanoteknik för att avsevärt förbättra energilagringsenheter som kallas superkondensatorer.

Deras nya design fördubblar ungefär mängden elektrisk energi som snabbladdningsenheterna kan hålla, hjälpa till att bana väg för eventuell användning i allt från smartphones och bärbara datorer, till elfordon och kraftfulla lasrar.

"Vi visar rekordsiffror för energilagringskapaciteten för superkondensatorer, sa Michael Pope, en professor i kemiteknik som ledde Waterloo-forskningen. "Och ju mer energitäta vi kan göra dem, desto fler batterier kan vi börja förskjuta. "

Superkondensatorer är ett lovande, grönt alternativ till traditionella batterier – med fördelar inklusive förbättrad säkerhet och tillförlitlighet, förutom mycket snabbare laddning — men applikationer har hittills begränsats av sin relativt låga lagringskapacitet.

Befintliga kommersiella superkondensatorer lagrar bara tillräckligt med energi, till exempel, att driva mobiltelefoner och bärbara datorer i cirka 10 procent så länge som laddningsbara batterier.

För att öka den kapaciteten, Pope och hans medarbetare utvecklade en metod för att belägga atomärt tunna lager av en ledare som kallas grafen med ett oljigt flytande salt i superkondensatorelektroder.

Det flytande saltet fungerar som ett mellanlägg för att separera de tunna grafenarken, hindrar dem från att staplas som pappersbitar. Det ökar dramatiskt deras exponerade yta, en nyckel till att maximera energilagringskapaciteten.

På samma gång, det flytande saltet fungerar dubbelt som den elektrolyt som behövs för att faktiskt lagra elektrisk laddning, minimera storleken och vikten på superkondensatorn.

"Det är den riktigt coola delen av det här, sa påven. "Det är en smart, elegant design."

Innovationen använder också ett tvättmedel för att minska storleken på dropparna av oljigt salt - som kombineras med vatten i en emulsion som liknar salladsdressing - till bara några miljarddels meter, förbättra deras beläggningsverkan. Tvättmedlet fungerar också som kemisk kardborre för att få dropparna att fastna på grafenet.

Att öka lagringskapaciteten för superkondensatorer innebär att de kan göras små och lätta nog att ersätta batterier för fler applikationer, särskilt de som kräver snabbladdning, snabb urladdningsförmåga.

På kort sikt, Pope sa att bättre superkondensatorer skulle kunna ersätta bly-syrabatterier i traditionella fordon, och användas för att fånga upp energi som annars går förlorad av bussar och höghastighetståg när de bromsar.

Längre ut, även om det är osannolikt att de någonsin kommer att uppnå den fulla lagringskapaciteten för batterier, superkondensatorer har potential att bekvämt och tillförlitligt driva elektroniska konsumentenheter, elfordon och system på avlägsna platser som rymden.

"Om de marknadsförs på rätt sätt för rätt applikationer, vi kommer att börja se fler och fler av dem i vår vardag, " sa påven.

Forskningen, som också involverade Zimin She, Doktorand, och Debasis Ghosh, en postdoktor, publicerades nyligen i tidskriften ACS Nano .