Aby naładować smartfon o 0 do 100 procent nie trzeba czekać przesadnie długo, nawet jeśli nie obsługuje „szybkiego” ładowania. Niemniej, znacznie wygodniej korzysta się ze smartfonu, którego można naładować w 15 minut, niż z tego, którego trzeba ładować godzinę. Podobnie jest w przypadku samochodów elektrycznych – stacja szybkiego ładowania w pobliżu to dobrodziejstwo.
Być może w przyszłości smartfony, samochody elektryczne i inne urządzenia będziemy w stanie ładować jeszcze szybciej. Taką teorię naukowcy wysnuli po swoim niedawnym odkryciu.
Przełom w odniesieniu do superkondensatorów
Naukowcy z Uniwersytetu Kolorado w Boulder poinformowali iż, odkryli, jak maleńkie naładowane cząstki zwane jonami przemieszczają się wewnątrz złożonej sieci połączonych ze sobą porów superkodnensatorów. Ich zdaniem to przełom, który może doprowadzić do opracowania wydajniejszych urządzeń przechowujących energię, takich jak właśnie superkondensatory.
Superkondensatory, czyli urządzenia do magazynowania energii, które bazują na gromadzeniu jonów w porach, charakteryzują się bardzo krótkim czasem ładowania i rozładowania w porównaniu z chociażby akumulatorami. Oferują także dłuższą żywotność.
„Główne zalety superkondensatorów leżą w ich szybkości.”, powiedział Ankur Gupta, jeden z autorów pracy poświęconej odkryciu, opublikowanej w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Science. „No więc jak możemy sprawić, by ładowały się i uwalniały energię jeszcze szybciej? Poprzez efektywniejszy ruch jonów.”
„Biorąc pod uwagę kluczową rolę energii w przyszłości planety, poczułem inspirację do zastosowania mojej wiedzy z zakresu inżynierii chemicznej do udoskonalenia urządzeń magazynujących energię. Wydawało mi się, że ten temat był nieco niedostatecznie zbadany i jako taki stanowił idealną okazję.”
Wiedza, którą pozyskali naukowcy z Uniwersytetu Kolorado w Boulder, modyfikuje prawa Kichoffa, które umożliwiają ustalanie wartości i kierunków prądów w obwodach elektrycznych. W przeciwieństwie do elektronów jony poruszają się zarówno pod wpływem pól elektrycznych, jak i dyfuzji, a naukowcy ustalili, że ich ruchy na przecięciach porów różnią się od tego, co opisano w prawach Kirchoffa.
Wcześniej w literaturze ruch jonów opisywano jedynie w jednym prostym porze. Teraz, dzięki nowemu odkryciu, w ciągu kilku minut można symulować i przewidywać ruch jonów w złożonej sieci tysięcy wzajemnie połączonych ze sobą porów.
„Na tym polega postęp.”, stwierdził Gupta. „Znaleźliśmy brakujące ogniwo.”
Przechowywanie nadwyżek energii stanie się łatwiejsze?
Gupta wyjaśnił, że do badania przepływu energii w porowatych materiałach, takich jak tych wykorzystywanych w zbiornikach ropy i systemach filtracji wody, stosuje się kilka technik inżynierii technicznej. Te nie zostały jednak wykorzystane w pełni w przypadku niektórych systemów magazynowania energii.
Nowe odkrycie ma znaczenie nie tylko w odniesieniu do tematu magazynowania energii w pojazdach i urządzeniach elektronicznych, ale także w kwestii sieci energetycznych. Jak wiadomo, sieci te potrzebują wydajnych systemów magazynowania energii, tak aby unikać marnowania energii w okresach niskiego zapotrzebowania i zapewniać jej szybkie dostawy w okresach wysokiego zapotrzebowania.
Źródło: Uniwersytet Kolorado w Boulder, fot. tyt. Unsplash/JUICE