Een team van UCLA heeft een techniniek bedacht om met behulp van koolstof en infra rood licht arbitrair gevormde ultracapacitors te maken. In het filmpje word een preparaat gemaakt van goedkope materialen (een grafeen oxide op plastic) die met een aangepaste DVD schrijver die een IR laser bevat wordt beschreven. De verhittinng resulteert in zn. exfoliatie, door herordening in de lagen grafeen ontstaat een soort koolstof schuim. Dit vormt een dun maar proreus laagje op het plastic, die vervolgens als electrode in een condensator wordt gebruikt. De condensator is een energie drager die normaal zeer snel oplaad en ontlaad, maar niet veel capaciteit heeft. Op deze manier wordt echter een condenstor gemaakt met zeer grote capaciteit, een zogenaamde ultracondensator.
Ultracondensators zitten naast de batterijen in electrische auto’s om energie snel beschikbaar te maken, zodat de batterijen langzamer laden en ontladen en dus langer meegaan. Ook wordt er soms rem energie in opgeslagen. Wat hier gemaakt wordt heeft echter de potentie de batterijen te vervangen want ze hebben dezelfde capaciteit maar kunnen in seconden worden opgeladen.
"The devices can be charged and discharged for more than 10,000 cycles without losing much in performance compared with a normal life-time of less than 1000 cycles typical for batteries. Additionally, the devices are completely flexible and maintain excellent performance under high mechanical stress."
Deze ultracapacitor is misschien te zien als een meer gedetailleerde versie van de loodaccu met een koolstof electrode. In dit type loodaccu (dat nog zeldzaam is) vind aan de koolstof pool een soort halve reactie plaats die leidt tot de opslag van lading. Door de electroden zeer vlak te maken en dicht bij elkaar te brengen zoals hierboven wordt getoond neemt dat ladings effect extreem toe, maar blijft de accu functie (via het electroliet) ook behouden. Eerst neemt de lading aan de electroden toe, en dan vindt de electrolytische reactie plaats (waardoor de lading wordt opgeslagen in een potentiele chemische reactie ), later zal bij ontlading de energie in het electroliet door de omgekeerde reactie het ladings pijl van de electroden in stand houden.
Over een manier om graphen oxide te maken "That can be done by anyone.."
Het oppervlak van een grafeen electrode die op deze manier wordt gemaakt kan extreem groot zijn, de zn. BET surface area dus het absorptie oppervlak kan oplopen tot 1850 m2 per gram! De capaciteit van een batterij zoals in de eerste video maar met een maat van 1 m3 zonder bizondere optimalisatie (stapeling van bovenstaande batterij) zou rond de 700 kWh zijn. Genoeg voor 100 huishoudens.
CO2 opslag combineren met het maken van superbatterijen?
Grafeenoxide, het uitgangs materiaal hierboven, kan ook direct van CO2 worden gemaakt in een nieuw proces bij relatief lage druk en temperatuur. Dat is bizonder omdat CO2 heel moeilijk af te breken is (vergt veel energie). In het nieuwe proces wordt CO2 eerst gebonden met Ammonium boran, dan verhit tot 100 graden, waarna de Ammonium borane bij hogere temperaturen wordt verwijderd. Dit proces kan bijvoorbeeld met zonnewarmte en electriciteit worden gedraaid, om zo CO2 uit de atmosfeer terug te vangen en tegelijkertijd grondstof te maken voor de superbatterijen.
Goed nieuws want de gebruikte materialen zijn spot goedkoop! Het artikel in RSC.