Saknad länk upptäckt: Ny forskning banar väg för att ladda telefoner på under en minut

CU Boulder-forskare har gjort ett genombrott i att förstå jonrörelser i porösa material, vilket potentiellt möjliggör snabbare laddning av superkondensatorer och transformerande energilagring för elektronik och elnät. Kredit: SciTechDaily.com

CU Boulder-forskare har funnit hur joner rör sig i små porer, vilket potentiellt förbättrar energilagringen i enheter som superkondensatorer. Deras forskning uppdaterar Kirchhoffs lag, med betydande konsekvenser för energilagring i fordon och elnät.

Föreställ dig om din döda bärbara dator eller telefon kunde laddas på en minut, eller om en elbil kunde få full ström på bara 10 minuter. Även om detta inte är möjligt ännu, kan ny forskning av ett team av forskare vid CU Boulder potentiellt göra dessa framsteg till verklighet.

Publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences upptäckte forskare i Ankur Guptas labb hur små laddade partiklar, kallade joner, rör sig inom ett komplext nätverk av små porer. Genombrottet kan leda till utvecklingen av mer effektiva energilagringsenheter, såsom superkondensatorer, säger Gupta, biträdande professor i kemi och biologisk teknik.

"Med tanke på energins kritiska roll i planetens framtid kände jag mig inspirerad att tillämpa min kemiteknikkunskap på avancerade energilagringsenheter," sa Gupta. "Det kändes som att ämnet var något underutforskat och som sådan det perfekta tillfället."

Gupta förklarade att flera kemitekniker används för att studera flöde i porösa material som oljereservoarer och vattenfiltrering, men de har inte utnyttjats fullt ut i vissa energilagringssystem.

Upptäckten är betydelsefull inte bara för att lagra energi i fordon och elektroniska enheter utan också för elnät, där fluktuerande energiefterfrågan kräver effektiv lagring för att undvika slöseri under perioder med låg efterfrågan och för att säkerställa snabb tillgång under hög efterfrågan.

Superkondensatorer, energilagringsenheter som är beroende av jonackumulering i sina porer, har snabba laddningstider och längre livslängd jämfört med batterier.

"Superkondensatorernas främsta överklagande ligger i deras hastighet," sa Gupta. "Så hur kan vi göra deras laddning och frigöring av energi snabbare? Genom den mer effektiva rörelsen av joner."

Deras resultat modifierar Kirchhoffs lag, som har styrt strömflödet i elektriska kretsar sedan 1845 och är en häftklammer i gymnasieelevers naturvetenskapliga klasser. Till skillnad från elektroner rör sig joner på grund av både elektriska fält och diffusion, och forskarna fastställde att deras rörelser vid porkorsningar skiljer sig från vad som beskrevs i Kirchhoffs lag.

Innan studien beskrevs jonrörelser endast i litteraturen i en rak por. Genom denna forskning kan jonrörelser i ett komplext nätverk av tusentals sammankopplade porer simuleras och förutsägas på några minuter.