Создано новое поколение накопителей электроэнергии

Новая технология изготовления графена позволила создать суперконденсатор большой емкости. Новое компактное устройство хранения энергии можно будет быстро заряжать и разряжать, что сулит прорыв во многих областях техники, например развитии электротранспорта.

Исследователи из Университета Монаш разработали новое поколение накопителей энергии. Причем 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 самолеты.

Вкратце современную «проблему аккумулятора» можно описать следующими словами: 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, которому нужна высокая пиковая мощность, но компактные суперконденсаторы хранят слишком мало электроэнергии, чтобы получить широкое применение.

Пока ученые пытаются найти способ усовершенствовать литий-ионные аккумуляторы, ученые из Университета Монаш решили нарастить емкость 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. Все 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 ученым 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.

Схематическое изображение процесса изготовления графеновых электродов нового суперконденсатора (вверху), и результат этого процесса – сверхплотная упаковка графеновых листов (внизу)

Для изготовления нового типа суперконденсатора использовалась технология капиллярного сжатия гелеобразных графеновых пленок в присутствии жидкого электролита. Фактически, ученые 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 четкой прослойкой субнанометрового уровня между листами. При этом, жидкий электролит играет двойную роль: сохраняет минимальный зазор между листами графена и проводит электричество.

Остается надеяться, что промышленность заинтересуется новой технологией, и, наконец, начнет производство по-настоящему долговечных и мощных источников питания для электронных устройств. На электротранспорте новые суперконденсаторы и вовсе совершили бы прорыв: надежные, дешевые, служащие десятки лет, мощные суперконденсаторы могут полностью заменить бензиновые и дизельные моторы на общественном транспорте и частных авто. Также, суперконденсаторы большой емкости открывают новые возможности для разработчиков перспективного оружия: лазерных и электромагнитных пушек.