Project

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Carbon Nanotube Array Supercapacitors for High-Power High-Density Energy Storage

Applicant Moldovan Clara
Number 178251
Funding scheme Bridge - Proof of Concept
Research institution
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Electrical Engineering
Start/End 01.02.2019 - 31.01.2020
Approved amount 129'424.00
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Keywords (5)

energy storage; supercapacitors; carbon nanotubes; ultra fast charging; battery

Lay Summary (French)

Lead
Ce project propose à développer une nouvelle tip de batterie, en utilisant un supercondensateur à base de carbone, qui charge ultra rapidement, a une durée de vie prolongé, n’est pas degradé avec des températures extrêmes et utilise de matériaux écologique, tout en offrant des grosses capacités de stockage d'énergie, supérieures à celles des batteries Li-Ion standard. Maintenant que les appareils électroniques et les véhicules sont plus performants avec chaque génération et offrent de plus en plus des fonctionnalités et les batteries sont la limitation principale pour le développement technologique, il y a une énorme demande pour des batteries plus performantes.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

L'objectif de ce projet est de réaliser un accumulateur electrique en utilisant une nouvelle technologie, qui permet a récharger nos appareils electroniques portables en quelques minutes,  et en plus  utilise des matériaux écologiques.

Nous avons développé une solution basée sur des Nanotubes  de carbon  qui, grace a leur grande surface, permetent de stocker des niveaux d'énergie élevés, comparables aux batteries Li-ion, et profite egalement de les avantages des condensateurs.

Contexte scientifique et social du projet de recherché

L'objectif est de réaliser  un accumulateur d’énergie puissant et rapide pour les appareils électroniques portables, supérieurs  aux solutions actuelles, avec une performance améliorée aux temperatures extreme et avec une dureé de vie plus longue de manière optimale.  Ce résultat permettra en plus de limiter la pollution et de protéger la population contre les risques environnementaux et de sécurité, ayant ainsi un important impact social. Une telle innovation pourrait préfigurer une nette amélioration des batteries des appareil mobiles, smartphones, tablettes et ordinateurs, mais aussi des batteries utilisées dans les voitures électriques.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 30.11.2018

Lay Summary (Italian)

Lead
Questo progetto si pone come obiettivo di sostituire le batterie convenzionali con una migliore alternativa basata sulla tecnologia dei supercondensatori. La nostra tecnologia sarà in grado di combinare l’elevata capacità di immagazzinamento di energia delle batterie con l’alta capacità di erogazione di potenza dei condensatori, permettendo dunque di ottenere la nuova generazione di dispositivi di immagazzinamento di energia.Con l’aumentare delle prestazioni e delle funzionalità offerte dai dispositivi elettronici e dai veicoli a cui stiamo assistendo negli ultimi anni, aumenta drasticamente la necessità di migliori batterie in grado di fornire la sempre maggiore energia richiesta. Tuttavia, come noto, le batterie convenzionali hanno ormai raggiunto limiti fondamentali, e di conseguenza si è aperta un’enorme opportunità di mercato per migliori alternative.
Lay summary

Soggetto e obiettivo

L’obiettivo del nostro progetto consiste nell’ottenere una soluzione competitiva per l’immagazzinamento di energia basata su un nuovo supercondensatore proprietario, in grado di caricare i nostri dispositivi in pochi minuti ed allo stesso tempo utilizzando materiali ecocompatibili / non tossici.

Abbiamo sviluppato una soluzione basata su nanotubi in carbonio (“carbon nanotubes”, CNTs), che grazie alla loro elevata area di superficie ed alla nostra specifica soluzione di progetto possono immagazzinare valori di energia estremamente elevati, raggiungendo prestazioni paragonabili a quelle delle batterie agli ioni di litio in termini di immagazzinamento. Viene così eliminato il divario di prestazioni normalmente presente tra batterie e supercondensatori, ed inoltre si aggiungono i ben noti vantaggi dei condensatori rispetto alle batterie.

Contesto socio-scientifico

Il nostro obiettivo è ottenere un prodotto per l’immagazzinamento di alti valori di energia per dispositivi portatili, che sia superiore all’attuale stato dell’arte in termini di tempi di caricamento e che non abbia perdite o deterioramenti nel tempo. Questo risultato permetterà inoltre di ridurre l’inquinamento e proteggere la popolazione contro rischi ambientali, offrendo così un grande potenziale di avere un impatto sociale significativo e dunque crendo un alto valore per gli stakeholder.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.11.2018

Lay Summary (English)

Lead
This project aims to develop a replacement for batteries using a technology that enables high energy and ultra fast charging carbon nanotubes (CNT) based hybrid supercapacitors that combine the high energy storage capability of batteries with the high power delivery capability of capacitors, to enable the next generation of energy storage devices.As electronic devices and vehicles achieve better performance and provide more functionalities every year, there is a huge demand for improved batteries to power them. However, conventional batteries have reached fundamental limitations, creating a huge market opportunity for improved solutions.
Lay summary

The goal of this project is to acheive a competitive energy storage solution using a novel, proprietary supercapacitor, that can charge our devices in mere minutes, while using environmentally friendly materials.

We developed solution based on CNTs, which due to their high surface area and to the specific device design can store very high energy levels, comparable with the Li-ion batteries in terms of storage, removing the performance gap between batteries and supercapacitors, with all the added advantages of capacitors.

The objective is to achieve a product for high-energy storage in portable devices, that is superior to the current state of the art in terms of charging times and does not leak or degrade with time. Moreover it is environmentally friendly and poses no safety threats, showing a great potential to have a significant social impact, and create stakeholder value.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 30.11.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

This project aims to develop a superior battery replacement, based on supercapacitor technology, that exhibits ultra-fast charging, improved lifetime, ecological friendliness, and a wide range of operating temperatures while having the same energy storage capabilities as standard Li-Ion batteries. While the results of the project will eventually apply more broadly, we initially target the portable electronic device market.The last twenty years have witnessed an increase of 1000x in the portable electronic devices’ energy consumption. During the same period, the battery energy density has only tripled, as batteries have reached fundamental limitations, creating a huge need for improved solutions and at the same time a huge opportunity for innovation impact.This project proposes a replacement solution of conventional batteries in mobile devices by combining the advantages of carbon nanotubes supercapacitors: very high rates of charge and discharge, equating to charging a mobile device in mere seconds, higher number of life cycles (50 times higher than conventional batteries), ecologically friendly materials, low internal resistance (higher output power) and extremely low heating levels, with our optimized design yielding high energy densities. This will enable energy storage devices with the same energy density as conventional Li-Ion devices that can be charged in seconds.
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