Efterfrågan på integrerade energilagringsenheter växer snabbt eftersom människor litar mer och mer på bärbar och trådlös elektronik, och det globala behovet av rena energikällor som sol- och vindenergi växer.

Detta skapar ett exponentiellt behov av avancerad energilagringsteknik – pålitliga och underhållsfria batterier och superkondensatorer (SC) med hög effekttäthet som lagringsenheter. Superkondensatorer är framstående kandidater för att möta detta behov på grund av deras miljövänliga och långa cykelegenskaper.

Forskare från Integrated Nano Systems Lab (INSys Lab), i Centrum för ren energiteknik, har arbetat på en väg för att förbättra prestandan hos superkondensatorer, och möta den efterfrågan på ökad lagringskapacitet.

Dr. Mojtaba Amjadipour och professor Francesca Iacopi (School of Data and Electrical Engineering) och Dr. Dawei Su (School of Mathematical and Physical Sciences) beskriver sitt banbrytande arbete i julinumret 2020 av tidskriften Batterier och Supercaps . Prominensen som ges till "Graphitic-Based Solid-State Supercapacitors:Enabling Redox Reaction by In situ Electrochemical Treatment” – betecknat som ett mycket viktigt papper med fronttäckning – visar hur innovativ deras forskning är när det gäller att utveckla alternativa sätt att utöka lagringskapaciteten.

Dr Iacopi sa att det tvärvetenskapliga tillvägagångssättet inom teamet var fördelaktigt för att upptäcka vad hon säger är en enkel process.

"Denna forskning har sitt ursprung från vår nyfikenhet att utforska cellernas operationsgränser, leder oss till oförutsedda positiva resultat. Kontrollen av denna process skulle inte ha varit möjlig utan att förstå de grundläggande orsakerna till den observerade förbättringen, med hjälp av vårt teams kompletterande expertis."

Traditionellt, superkondensatorer är tillverkade med flytande elektrolyter, som inte kan miniatyriseras och kan vara benägna att läcka, föranledde forskning om gelbaserade och fasta elektrolyter. Skräddarsy dessa elektrolyter i kombination med kolbaserade elektrodmaterial som grafen, grafenoxid, och kolnanorör är av största vikt för en förbättrad energilagringsprestanda.

Grafen eller grafitkol som tillverkas direkt på silikonytor erbjuder betydande potential för on-chip superkondensatorer som kan bäddas in i integrerade system. Forskningsinsikterna indikerar en enkel väg att avsevärt förbättra prestandan hos superkondensatorer som använder gelbaserade elektrolyter, som är nyckeln till tillverkningen av kvasi-solid-(gel) superkondensatorer.

"Detta tillvägagångssätt erbjuder en ny väg för att utveckla ytterligare miniatyriserade energilagringssystem på chip, som är kompatibla med kiselelektronik och kan stödja effektbehovet för att driva integrerade smarta system, " sa Dr Iacopi.