Vanligvis er kondensatorer separate komponenter som er montert på et kretskort, som de på bildet. Med ultraeffektive superkondensatorer i silisium, som kan bygges inn i samme silisiumbrikke som kretsene de skal drive, håper forskere at det vil være mulig å lage enda mer kompakte systemer, som også har nye og fordelaktige egenskaper. (Bilde: REX/Andy Drysdale/All Over Press)

Lagrer energi i selve silisiumbrikken

Oppsiktsvekkende muligheter med ny superkondensator.

Forskere ved Vanderbilt University i Nashville, Tennessee, har laget en superkondensator som kan bygges inn i silisiumbaserte databrikker, sammen med de kretsene som superkondensatorene skal drive. Kondensatorene behøver ikke nødvendigvis å kreve noen ekstra plass, for forskerne tror det også vil være mulig å lage disse kraftcellene i det overskytende silisiumet som finnes i dagens solceller, sensorer, mobiltelefoner og en mengde andre enheter, for eksempel på baksiden av komponentene.

Dette er mulig fordi også superkondensatorene for en stor del er laget av silisium.

Mens batterier lagrer energi i ved hjelp av kjemiske reaksjoner, lagres superkondensatorer elektrisitet ved å sette sammen ioner på overflaten av et porøst materiale.

Galskap

– Dersom du spør eksperter om å lage en superkondensator av silisium, vil de fortelle deg at det er en skrullete idé. Men vi fant en måte å gjøre det på, sier Cary Pint, førsteamanuensis i mekanikk ved Vanderbilt, i en pressemelding. Det er Pint som har ledet utviklingen av den nye superkondensatoren.

Cary Pint er forskeren som har ledet utviklingen av den nye, silisiumbaserte superkondensatoren.
Cary Pint er forskeren som har ledet utviklingen av den nye, silisiumbaserte superkondensatoren. Bilde: Joe Howell/Vanderbilt University

Ifølge Vanderbilt University anses silisium vanligvis som uegnet for bruk i superkondensatorer fordi det reagerer så lett med visse kjemikalier superkondensatorens elektrolytt. Men forskerne fant ut at de kunne stabilisere silisiumoverflaten ved å dekke den med fem til ti lag med karbonmaterialet grafén. Ett enkelt grafénlag er kun ett atom tykt.

Men ikke bare oppnådde forskerne at silisiumet ble stabilisert. De fant også ut at grafénlaget forbedret energitettheten til med mer enn to størrelsesordener, sammenlignet med superkondensatorer laget av rent, porøst silisium. Men energitettheten skal også være bedre enn det som tilbys av kommersielt tilgjengelige superkondensatorer.

Diagrammet viser effekttettheten (watt per kg) og energitettheten (watt-timer per kg) til kondensatorer lagd av henholdsvis porøs silisium, graféndekket silisium og karbonbaserte, kommersielle kondensatorer.
Diagrammet viser effekttettheten (watt per kg) og energitettheten (watt-timer per kg) til kondensatorer lagd av henholdsvis porøs silisium, graféndekket silisium og karbonbaserte, kommersielle kondensatorer. Bilde: Cary Pint/Vanderbilt University

– Alle de tingene som definerer et moderne miljø, krever elektrisitet. Jo mer vi kan integrere effektlagring inn i eksisterende materialer og enheter, desto mer kompakte og effektive vil de bli, sier Pint.

Batteri?

Ifølge Vanderbilt University henger superkondensatorer fortsatt bak litium-ion-batterier når det gjelder energitetthet. En superkondensator tar dermed langt mer plass enn et batteri, dersom den skal kunne lagre like mye elektriske energi. Men ifølge universitetet har avstanden har avstanden krympet betydelig.

Den store fordelen med superkondensatorer, sammenlignet med batterier, er at de kan lades og utlades langt raskere, på minutter i stedet for timer. De tåler dessuten mange flere ladesykluser, opptil noen millioner. I videoen nedenfor kan man se hva ganske stor superkondensatorer er god for.

Ifølge Vanderbilt University brukes kommersielle superkondensatorer, lagd av aktiv kull, på noen få områder i dag. Blant annet brukes det til å lagre energi fanget opp fra bremsesystemer i busser og elektriske kjøretøyer, men også til å forsyne store vindturbiner med ekstra kraft når bladene må justeres på grunn av endring i vindforholdene.

Forskerne tror at de nye, silisiumbaserte superkondensatorene vil kunne brukes i blant annet solceller. Da vil overskuddsenergi kunne lagres i superkondensatorene når solen skinner, for så å bli tappet når lyset blir svakere. Dessuten ser man for seg mobiltelefoner med innebygde kraftceller som kan lades opp på sekunder og utlades over flere uker.

    Les også:

Til toppen