Forskare vid DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology) i samarbete med Kyungpook National University har utvecklat en självladdande energilagringsenhet som effektivt kan lagra solenergi. Forskningslaget, ledd av Jeongmin Kim vid DGIST och Damin Lee vid Kyungpook National University, har förbättrat prestandan hos existerande superkondensatorer genom att använda elektrodmaterial baserade på övergångsmetaller. De har samtidigt utvecklat en ny teknik som kombinerar superkondensatorer med solceller.
Forskarna använde ett nickelbaserat karbonat- och hydroxidkompositmaterial i elektroderna och förbättrade deras ledningsförmåga och stabilitet genom att tillsätta övergångsmetalljoner som mangan, kobolt, koppar, järn och zink. Denna teknik har lett till avsevärda framsteg inom energidensitet, effektdensitet samt laddnings- och urladdningsstabilitet.
Nya material förbättrar energilagringens effektivitet
Energitätheten som uppnåddes i studien var 35,5 wattimmar per kilogram, vilket är betydligt högre än tidigare studier (5–20 wattimmar per kilogram). Effektdensiteten nådde 2555,6 watt per kilogram, vilket överstiger tidigare värden på upp till 1000 watt per kilogram. Den höga effektdensiteten gör att enheten kan leverera energi snabbt, vilket är avgörande för högeffektanvändningar.
Hållbarhet och kombination med solceller
Enheten visade minimal prestandaförsämring efter upprepade laddnings- och urladdningscykler, vilket bekräftar dess långsiktiga användbarhet. Forskarna utvecklade även en energilagringsenhet som kombinerar kiselsolceller med superkondensatorer, vilket gör det möjligt att lagra solenergi och använda den i realtid.
Detta system uppnådde en energilagringseffektivitet på 63 procent och en total effektivitet på 5,17 procent. Resultaten bekräftar potentialen för att kommersialisera denna självladdande energilagringsenhet.
Betydelse och framtida forskning
– Den här studien är ett betydande genombrott, eftersom den markerar utvecklingen av Sydkoreas första självladdande energilagringsenhet som kombinerar superkondensatorer och solceller. Genom att använda kompositmaterial baserade på övergångsmetaller har vi övervunnit begränsningar i befintliga energilagringsenheter och presenterat en hållbar energilösning, säger Jeongmin Kim, seniorforskare vid DGIST:s nanoteknikavdelning.
Damin Lee, forskare vid Kyungpook National University, tillägger:
– Vi kommer att fortsätta med uppföljande forskning för att ytterligare förbättra effektiviteten hos den självladdande enheten och öka dess potential för kommersialisering.
Stöd och publicering
Studien genomfördes med stöd från DGIST:s institutionella kärnprojekt, projekt för unga forskare samt Kyungpook National University’s Regional Leading Research Center for Carbon-Neutral Intelligent Energy Systems. Resultaten publicerades i tidskriften Energy i december 2024.
Källa: Science Daily