Laden Sie Elektroautos mit Superkondensatoren in wenigen Minuten auf

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Die Entdeckung, wie sich kleine geladene Teilchen, sogenannte Ionen, in einem komplexen Netzwerk winziger Poren bewegen, könnte das Aufladen von Elektroautos in nur 10 Minuten ermöglichen.

Der in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Durchbruch könnte zur Entwicklung effizienterer Energiespeichergeräte wie Superkondensatoren führen, sagt Ankur Gupta, Assistenzprofessor für Chemie- und Biotechnik an der University of Colorado Boulder.

„Angesichts der entscheidenden Rolle der Energie für die Zukunft des Planeten fühlte ich mich inspiriert, mein Wissen über Chemieingenieurwesen auf die Weiterentwicklung von Energiespeichergeräten anzuwenden“, sagte Gupta in einer Erklärung. „Es schien, als wäre das Thema noch zu wenig erforscht und daher war es die perfekte Gelegenheit.“

Gupta erklärte, dass zur Untersuchung der Strömung in porösen Materialien wie Ölreservoirs und Wasserfiltration mehrere chemische Verfahrenstechniken eingesetzt werden, diese jedoch in einigen Energiespeichersystemen noch nicht vollständig genutzt werden.

Die Entdeckung ist nicht nur für die Speicherung von Energie in Fahrzeugen und elektronischen Geräten wichtig, sondern auch für Stromnetze, wo schwankender Energiebedarf eine effiziente Speicherung erfordert, um Verschwendung in Zeiten geringer Nachfrage zu vermeiden und eine schnelle Versorgung bei hoher Nachfrage sicherzustellen.

Superkondensatoren, Energiespeicher, die auf der Ansammlung von Ionen in ihren Poren basieren, haben im Vergleich zu Batterien schnelle Ladezeiten und eine längere Lebensdauer.

„Der Hauptvorteil von Superkondensatoren ist ihre Geschwindigkeit“, sagte Gupta. „Wie können wir also das Laden und Freisetzen von Energie beschleunigen? Durch eine effizientere Bewegung der Ionen.“

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Ihre Erkenntnisse modifizieren das Kirchhoffsche Gesetz, das seit 1845 den Stromfluss in Stromkreisen regelt und im naturwissenschaftlichen Unterricht der Oberstufe eine wichtige Rolle spielt. Im Gegensatz zu Elektronen bewegen sich Ionen aufgrund elektrischer Felder und Diffusion, und die Forscher stellten fest, dass sich ihre Bewegungen an Porenkreuzungen von dem unterscheiden, was durch das Kirchhoffsche Gesetz beschrieben wird.

Vor der Studie wurden Ionenbewegungen in der Literatur nur in einer geraden Pore beschrieben. Durch diese Forschung kann die Bewegung von Ionen in einem komplexen Netzwerk aus Tausenden miteinander verbundenen Poren in wenigen Minuten simuliert und vorhergesagt werden.

„Das ist der Durchbruch der Arbeit“, sagte Gupta. „Wir haben das fehlende Glied gefunden.“

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