Accu die in enkele seconden oplaadt, ontwikkeld

Opladen kost veel tijd. Een nieuwe supercondensator slaat even veel energie op als een loodaccu, maar kan in enkele seconden geladen worden. Supercondensatoren laden in enkele seconden, maar slaan doorgaans maar weinig energie op.

Grafeen en condensatoren
De aan de Californische universiteit UCLA ontwikkelde condensator werkt op basis van grafeen. Condensatoren werken niet met chemische energie, maar slaan energie op als lading op zeer dunne platen. Hoe groter de oppervlakte van de platen, en hoe dichter de platen op elkaar staan, hoe meer energie de condensator op kan slaan. Grafeen bestaan uit één atoom dikke laagjes koolstof en is hiermee dus het ideale condensatormateriaal. Condensatoren hebben twee grote voordelen boven batterijen. Ze laden in seconden op, immers er is alleen elektrische stroom nodig en geen chemische reactie om ze op te laden, en ze kunnen tienduizenden malen op worden geladen zonder dat ze achteruit gaan.

‘Accu’, maar dan in enkele seconden opgeladen
Nadeel van supercondensatoren is dat ze maar weinig energie opslaan per kilogram. Je moet bij wijze van spreken een aanhanger met supercondensatoren achter je auto hangen om een benzinetank te vervangen. Met dit nieuwe type komt hier sterk verbetering in. Per kilogram slaat dit type ongeveer evenveel energie op als een loodaccu. Dat is ongeveer een derde van lithium-ion batterijen.

Hoe werkt het systeem?
De supercondensator bestaat uit gestapelde laagjes LSG, laser-geschreven grafeen, en mangaandioxide. De onderzoekers gebruikten een consumenten-CD brander en een oplossing van grafietoxide in water om LSG te fabriceren. Mangaandioxide geleidt slecht stroom, maar slaat wel goed lading op, de positieve mangaanionen en negatieve zuurstofionen helpen hierbij. Grafeen transporteert de lading naar de mangaandioxide, die nanostructuren vormt. De productietechniek die is toegepast vraagt niet de extreme temperaturen of de dure “dry rooms” die nu noodzakelijk zijn voor de productie van supercondensatoren. Omdat de condensator uit dunne laagjes bestaat, kan deze ook in zeer dunne plakken worden gefabriceerd, als krachtbron voor micro-elektronica en zeer dunne elektronica. Kortom: deze techniek heeft alles in zich om een disruptieve, exponentiële technologie te worden.

Nou leuk, maar wat zijn de voordelen?
Het opladen met deze dingen gaat zo snel, dat auto’s die voor een stoplicht staan, via de weg kunnen worden opgeladen. Gefrustreerde smartphone- en laptopbezitters zullen het voordeel snel snappen. Een tweede voordeel is dat er duizenden laadcycli mogelijk zijn. Nu zijn de grootste kosten aan een elektrische auto de batterijen. Hiermee gaan de energieopslagmodules letterlijk jaren mee, ongeveer even lang als de rest van de auto. Grafeen is nog peperduur, maar  het basismateriaal, koolstof, is spotgoedkoop. Het tweede bestanddeel, mangaandioxide, wordt nu al massaal gebruikt in wegwerpbatterijen en is goedkoop. Kortom: zodra het lukt deze goedkoop en in grote oplages te produceren, is het einde oefening voor fossiele brandstoffen in het wegtransport en kunnen we een explosie aan micro-gadgets verwachten.

Bronnen
1. M. F. el-Kadi et al.,Engineering three-dimensional hybrid supercapacitors and microsupercapacitors for high-performance integrated energy storage, PNAS 2015 ; published ahead of print March 23, 2015, DOI: 10.1073/pnas.1420398112
2.UCLA scientists create quick-charging hybrid supercapacitors, UCLA News, 2015