First Graphene Limited (ASX: FGR; "First Graphene" oder "das Unternehmen") freut sich, das Erreichen eines entscheidenden Meilensteins in seinem Programm zur Entwicklung von Hochleistungs-Superkondensatormaterialien bekannt zu geben. Zuvor hatte das Unternehmen berichtet, dass "hybride aktive Materialien" mit hoher Kapazität unter Verwendung seiner einzigartigen elektrochemischen Prozesstechnologie erfolgreich skaliert werden konnten. Diese neuartigen Materialien zeigten eine hohe Kapazität pro Flächeneinheit, als sie in einem einfachen Zellprototyp getestet wurden. Die jüngsten Arbeiten konzentrierten sich auf die Entwicklung einer optimierten Materialliste für einen Superkondensator, der hohe Energie- und Leistungsdichten liefert.
First Graphene freut sich nun bekannt geben zu können, dass das Unternehmen nach mehreren Laborversuchen nachgewiesen hat, dass PureGRAPH®-Hybrid-Aktivmaterialien in einer Standard-Testzelle die führenden Aktivkohlematerialien über 100 Zyklen hinweg übertreffen. Abbildung 1 zeigt, dass die PureGRAPH®-Hybrid-Aktivmaterialien eine spezifische Kapazität von 140 Farad pro Gramm (F/g) aufweisen, während Aktivkohlezellen typischerweise eine spezifische Kapazität von 35 F/g haben. Dies zeigt deutlich, dass PureGRAPH®-Hybrid-Aktivmaterialien erfolgreich zu einer Elektrodenaufschlämmung für die Herstellung von Geräten formuliert werden können, wobei sie ihre hohe spezifische Kapazität beibehalten und mit hohen Lade-/Entladeraten arbeiten.
Eine ausführliche Literaturrecherche zeigt, dass weitere Fortschritte auf dem Weg zu Geräten mit höherer Leistungs- und Energiedichte die Entwicklung verbesserter Superkondensatorgeräte erfordern. Der Schwerpunkt der Forschung liegt auf einer verbesserten Materialliste für das Gerät, die verbesserte Elektrolyte und Separatoren umfasst. Veröffentlichte Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine optimierte Zelle mit hoher Kapazität, die bei hoher Spannung arbeitet, das "10 plus 10"-Ziel einer Leistungsdichte von über 10 kW/L und einer Energiedichte von über 10 kWh/L erreichen kann.
Das Unternehmen hat alternative Elektrolyte getestet, um hohe Leistungs- und Energiedichten zu erreichen. In einem ersten Test mit einem dichten, protischen, wässrigen Elektrolyten, der ein höheres Spannungsfenster ermöglicht, konnte First Graphene eine Steigerung der Energiedichte um 85 Prozent nachweisen.
Weitere Elektrolytmodifikationen sind derzeit in der Entwicklung und das Unternehmen hat Beziehungen zu führenden Experten für Zelldesign und Elektrolytmaterialien aufgebaut. Durch die Identifizierung idealer PureGRAPH®-Hybrid-Aktivmaterialien und Elektrolytkombinationen erwartet First Graphene eine weltweit führende Leistung mit einer Leistungsdichte von mehr als 10 kW/L und einer Energiedichte von mehr als 10 kWh/L.
Kommerzialisierung
Nachdem First Graphene eine signifikante Leistungsverbesserung gegenüber Aktivkohle nachgewiesen hat, ist das Unternehmen nun in einer starken Position, um kommerzielle Partnerschaften mit großen Herstellern von Superkondensatoren auf der ganzen Welt aufzubauen, die die nächste Generation von Superkondensatoren entwickeln wollen. Derzeit gibt es noch keine Vereinbarungen oder eine Bewertung der wirtschaftlichen Auswirkungen.
Dies ist ein entscheidender technologischer Durchbruch für das Unternehmen, der einen verbesserten Zugang zu einem völlig neuen Marktsegment auf der ganzen Welt ermöglicht.
Der Markt und die Anwendungen
Der Markt für Superkondensatoren wird voraussichtlich von 409 Millionen US-Dollar im Jahr 2020 auf 720 Millionen US-Dollar im Jahr 2025 wachsen, bei einer erwarteten CAGR von 12,0 Prozent. Das Wachstum des Marktes wird durch die steigende Nachfrage nach Energy Harvesting-Anwendungen und den zunehmenden Einsatz von Superkondensatoren in Zügen und Flugzeugen angetrieben. Darüber hinaus dürfte die weltweit steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen das Wachstum des Marktes fördern.
Zu den potenziellen großvolumigen Anwendungen gehören Stromversorgungen mit Superkondensator und Batterie, bei denen der Superkondensator die Leistungsspitzen beim Beschleunigen oder regenerativen Bremsen glättet, wodurch die Belastung der Batterien verringert und die Lebensdauer der Batterien verlängert wird.
Das Unternehmen hat eine gründliche Untersuchung von Superkondensatorgeräten durchgeführt, einschließlich einer Desktop-Analyse und Gerätetests von verfügbaren Hochleistungsgeräten. Die derzeit besten Geräte ihrer Klasse haben eine Leistungsdichte von über 10 kW/L und eine Energiedichte von über 5 Wh/L. Um dies zu erreichen, muss die Zelle eine hohe spezifische Kapazität und die Fähigkeit haben, in einem hohen Spannungsfenster zu arbeiten.
Technologien zur Energiespeicherung
Superkondensatoren, die auf der elektrischen Doppelschichtkapazität (EDLC) basieren, bieten eine schnelle Auf- und Entladung und damit eine hohe Energiedichte. Diese Superkondensatoren verwenden in der Regel Aktivkohle als Ladungsspeichermedium mit großer Oberfläche. Sie sind nicht auf eine chemische Reaktion angewiesen, da sie mit einer Ladungstrennung innerhalb des Geräts arbeiten. Das bedeutet, dass EDLC-Superkondensatoren stabil sind und in der Regel viele Lade-/Entladezyklen überstehen.
Für Elektrofahrzeuge (EVs) ist ein idealer Energiespeicher eine Kombination aus einer chemischen Batterie mit hoher Energiedichte (um Langstreckenfahrten zu ermöglichen) und einem Superkondensator, der sich schnell auf- und entladen kann, um Zeiten zu überbrücken, in denen für relativ kurze Zeit eine hohe Leistung benötigt wird, wie z. B. beim Anfahren und Anhalten. Dadurch wird die Lebensdauer der Batterie verlängert und letztlich die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.
Ein idealer Weg zu diesem kombinierten System führt über die Pseudokondensatortechnologie, bei der die Ladungsspeicherung durch den Mechanismus der elektrischen Doppelschichtkapazität und schnelle Redoxreaktionen zwischen den Ionen im Elektrolyten und den aktiven Materialien auf der Elektrodenoberfläche erfolgt. Die Pseudokapazität kann die Leistung eines Superkondensators erheblich steigern. Es hat sich gezeigt, dass die hybriden aktiven Materialien PureGRAPH® von First Graphene das Erreichen von Pseudokapazität ermöglichen.
Michael Bell, Geschäftsführer und CEO von First Graphene, sagte: "Wir machen weiterhin gute Fortschritte auf dem schnell wachsenden Markt für Energiespeichermaterialien. Wir haben bewiesen, dass wir robuste, hochkapazitive Materialien auf der Basis unserer PureGRAPH®-Produkte herstellen können. Unsere nächste Herausforderung besteht darin, die Leistung mit anderen Komponenten zu optimieren, wobei wir uns besonders auf einen geeigneten Elektrolyten konzentrieren. Hierfür haben wir wichtige strategische Beziehungen aufgebaut".
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