Doorbraak in productiemethode moet batterijtechnologie stimuleren

Micro-supercondensatoren kunnen een revolutie teweeg brengen in de manier waarop we batterijen gebruiken, door hun levensduur te verlengen en extreem snel opladen mogelijk te maken. Fabrikanten van allerlei producten, van smartphones tot elektrische auto’s, investeren daarom zwaar in onderzoek naar en ontwikkeling van deze elektronische componenten. Onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden, hebben nu een methode ontwikkeld die een doorbraak betekent voor de manier waarop dergelijke supercondensatoren kunnen worden geproduceerd, schrijft de Zweedse universiteit in dit persbericht.

“Bij de bespreking van nieuwe technologieën wordt gemakkelijk vergeten hoe belangrijk de fabricagemethode is, zodat ze daadwerkelijk commercieel kunnen worden geproduceerd en een impact kunnen hebben op de samenleving. Hier hebben we methoden ontwikkeld die echt kunnen werken in de productie”, legt Agin Vyas uit, doctoraalstudent aan het Department of Microtechnology and Nanoscience aan de Chalmers University of Technology en hoofdauteur van het artikel.

Alle accufuncties tegelijk verbeteren

Supercondensatoren bestaan uit twee elektrische geleiders die van elkaar gescheiden zijn door een isolerende laag. Zij kunnen elektrische energie opslaan en hebben veel positieve eigenschappen in vergelijking met een normale batterij, zoals een veel snellere oplading, een efficiëntere energieverdeling en een veel langere levensduur zonder prestatieverlies, wat de laad- en ontlaadcyclus betreft. Wanneer een supercondensator wordt gecombineerd met een batterij in een elektrisch aangedreven product, kan de levensduur van de batterij vele malen worden verlengd – tot wel 4 keer voor commerciële elektrische voertuigen. En of het nu gaat om persoonlijke elektronische apparaten of industriële technologieën, de voordelen voor de eindgebruiker kunnen enorm zijn.

“Het zou natuurlijk heel handig zijn om bijvoorbeeld een elektrische auto snel te kunnen opladen of om batterijen niet zo vaak te hoeven vervangen of op te laden als we nu in onze smartphones doen. Maar het zou ook een groot milieuvoordeel betekenen en veel duurzamer zijn, als batterijen een langere levensduur zouden hebben en niet in ingewikkelde processen hoeven te worden gerecycled”, zegt Agin Vyas.

Productie is een grote uitdaging

Maar in de praktijk zijn de huidige supercondensatoren te groot voor veel toepassingen waarin ze nuttig zouden kunnen zijn. Ze moeten ongeveer even groot zijn als de batterij waarmee ze zijn verbonden, wat een belemmering vormt om ze in mobiele telefoons of elektrische auto’s te integreren.

Daarom is een groot deel van het huidige onderzoek naar en de ontwikkeling van supercondensatoren erop gericht ze kleiner te maken – aanzienlijk kleiner. Agin Vyas en zijn collega’s hebben zich beziggehouden met de ontwikkeling van “micro”-supercondensatoren. Deze zijn zo klein dat ze passen op de systeemcircuits die verschillende functies besturen in mobiele telefoons, computers, elektromotoren en bijna alle elektronica die we tegenwoordig gebruiken. Deze oplossing wordt ook wel “systeem-op-een-chip” genoemd.

Een van de belangrijkste uitdagingen is dat de minimale eenheden zodanig moeten worden vervaardigd dat zij compatibel worden met andere componenten in een systeemschakeling en gemakkelijk kunnen worden aangepast voor verschillende toepassingsgebieden. In het nieuwe document wordt een fabricageprocédé gedemonstreerd waarbij micro-supercapacitors worden geïntegreerd met de meest gebruikelijke wijze van fabricage van systeemschakelingen (bekend als CMOS).

Schaalbare methode

“We gebruikten een methode die bekend staat als spincoating, een hoeksteentechniek in veel fabricageprocessen. Dit stelt ons in staat om verschillende elektrodematerialen te kiezen. We gebruiken ook alkylamineketens in gereduceerd grafeenoxide, om te laten zien hoe dat leidt tot een hogere oplaad- en opslagcapaciteit”, legt Agin Vyas uit.

“Onze methode is schaalbaar en zou gepaard gaan met lagere kosten voor het productieproces. Het betekent een grote stap voorwaarts in de productietechnologie en een belangrijke stap naar de praktische toepassing van micro-supercapacitors in zowel alledaagse elektronica als industriële toepassingen.”

Er is ook een methode ontwikkeld voor de productie van micro-supercondensatoren van maximaal tien verschillende materialen in één uniform fabricageproces, wat betekent dat de eigenschappen gemakkelijk kunnen worden afgestemd op verschillende eindtoepassingen

Ook interessant: Twente helpt batterijtechniek vooruit