Исследователи из Университета Монаш разработали новое поколение накопителей энергии. Причём не просто создали концепцию, а подготовили практически готовую промышленную технологию производства графеновых суперконденсаторов, которые имеют небольшие габариты и могут хранить столько же электричества, сколько и обычные аккумуляторы.
Новые устройства можно применять повсеместно: от портативной электроники до электрических транспортных средств, включая автомобили и самолёты.
Вкратце современную «проблему аккумулятора» можно описать следующим образом: аккумуляторы хранят достаточно энергии, но слишком медленно заряжаются/разряжаются. В свою очередь, суперконденсаторы могут заряжаться и разряжаться очень быстро, что весьма полезно для электрического транспорта, где требуется высокая пиковая мощность. Но компактные суперконденсаторы хранят слишком мало электроэнергии, чтобы получить широкое применение.
Пока специалисты пытаются найти способ усовершенствовать литий-ионные аккумуляторы, учёные из Университета Монаш решили нарастить ёмкость суперконденсаторов, для чего обратились к идее использования графена.
Суперконденсаторы, как правило, изготовлены из высокопористого углерода, пропитанного жидким электролитом. Суперконденсаторы имеют очень большой срок службы и заряжаются за считанные секунды. Всё это делало бы их идеальным накопителем энергии, если бы не низкая плотность хранения энергии — обычно около 7–9 ватт-часов на литр. Другими словами, суперконденсаторы занимают очень много места и поэтому использовать их в электромобилях и тем более смартфонах нельзя.
Австралийским учёным удалось создать суперконденсатор с плотностью хранения энергии 60 ватт·часов на литр, это пока в 4–6 раз ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов, но уже сопоставимо со свинцово-кислотными аккумуляторами и в 12 раз выше, чем у нынешних суперконденсаторов. Если учесть, что суперконденсаторы заряжаются почти мгновенно, то небольшой запас хода электромобиля (150…200 км) уже перестанет быть проблемой.
Для изготовления нового типа суперконденсатора использовалась технология капиллярного сжатия гелеобразных графеновых плёнок в присутствии жидкого электролита. На фото показано схематическое изображение процесса изготовления графеновых электродов нового суперконденсатора (вверху), и результат этого процесса — сверхплотная упаковка графеновых листов (внизу).
Фактически, учёные применили процесс, аналогичный промышленному способу изготовления бумаги, что облегчает внедрение новой технологии в массовое производство. Благодаря данному простому подходу, можно создавать графеновые листы с высокой плотностью и чёткой прослойкой субнанометрового уровня между листами. При этом, жидкий электролит играет двойную роль: сохраняет минимальный зазор между листами графена и проводит электричество.
Остаётся надеяться, что промышленность заинтересуется новой технологией, и, наконец, начнёт производство по-настоящему долговечных и мощных источников питания для электронных устройств. На электротранспорте новые суперконденсаторы и вовсе совершили бы прорыв: надёжные, дешёвые, служащие десятки лет, мощные суперконденсаторы могут полностью заменить бензиновые и дизельные моторы на общественном транспорте и частных авто. Также, суперконденсаторы большой ёмкости открывают новые возможности для разработчиков перспективного оружия: лазерных и электромагнитных пушек.
Комментарии