Onderzoekers van de TU Delft en de Nationale Universiteit van Singapore hebben batterijen naar een hoger niveau getild door apparaten te ontwerpen op basis van water die kunnen worden toegepast als praktische, duurzame en schaalbare oplossingen voor energieopslag met een hoog rendement.

Kleine apparaten zoals medische sensoren, smartwatches en andere Internet of Things-tools moeten zo lang mogelijk werken, hoge prestaties leveren en binnen enkele seconden kunnen worden opgeladen. Daarom hebben onderzoekers van de TU Delft en de Nationale Universiteit van Singapore een nieuwe generatie hoogwaardige energieopslagapparaten ontwikkeld, zogenaamde pseudocondensatoren, die een grote hoeveelheid energie opslaan in een beperkte ruimte en direct kunnen worden opgeladen.

Grafisch schema ter illustratie van de fabricage van Ti3C2Tx | | CPE-K solid-state apparaat.

Hoge en snelle energieopslag en snelle energieafgifte

Tot nu toe was er een afweging tussen vermogen en energie in energieopslagapparaten: je kunt een batterij ontwerpen om meer energie op te slaan, maar die levert die energie dan langzamer. Of je kunt een condensator ontwerpen die snel een hoog vermogen levert, maar die kan dan minder totale energie opslaan. Deze nieuwe technologie, gemaakt van gemodificeerde geleidende polymeren en 2D-materialen, lost dit probleem op door hoge en snelle energieopslag te combineren met snelle energieafgifte.

Chemische structuren van CPE-K bij elektrochemische doping/opladen en dedoping/ontladen en het verschil in ionenopname in CPE’s in vergelijking met typische energieopslagmaterialen.

Andere voordelen van deze technologie zijn:

  • Buigzaamheid: dit is een groot pluspunt voor kleine toepassingen. Buigen leidt niet tot prestatieverlies.
  • Stabiliteit: het materiaal verslechtert niet snel, zelfs niet na 100.000 keer opladen.
  • Flexibiliteit in grootte: wanneer het wordt opgeschaald, kan het ook worden gebruikt in de elektrische auto-industrie. De condensator kan bijvoorbeeld ervoor zorgen dat auto’s sneller starten of dat bussen op condensatorvoeding minder vaak hoeven te worden opgeladen.
  • Veiligheid: het apparaat maakt gebruik van een waterige elektrolyt, waardoor het niet brandbaar is.
  • Milieuvriendelijk en gemakkelijk te recyclen: wanneer een apparaat zoals een smartwatch wordt gedemonteerd, kan de condensator in water worden opgelost en gemakkelijk worden geregenereerd.

Foto: Flexibele pseudocondensator in pouchcel. De afmetingen zijn vergelijkbaar met die van een muntstuk in de afbeelding, maar kunnen worden aangepast aan verschillende capaciteitsvereisten.

Bron: TU Delft