Графеновые суперконденсаторы составляют конкуренцию свинцово-кислотным аккумуляторным батареям

Материаловеды из университета Монаш в Австралии разработали способ изготовления графеновых суперконденсаторов (конденсаторов большой емкости), которые имеют такую же удельную энергоемкость, как и свинцово-кислотные аккумуляторы, которые находятся под капотом вашего автомобиля. Новейшую конструкцию представляют не только конденсаторы большой емкости, которые имеют примерно в 10 раз больше энергоемкости, чем обычные коммерческие устройства, но также и способ изготовления графена внутри суперконденсаторов представляет собой новаторский подход.Инженеры говорят, что они использовали процесс, который традиционно применяется при изготовлении бумаги, и что он мог бы быть легко и экономично осуществлен для промышленного производства графена и конденсаторов большой емкости на основе графена.

Суперконденсаторы Samwha представляют собой мало-вольтные батарейки (аккумуляторы), которые могут заряжаться и отдавать энергию практически мгновенно. В то время как это приводит к очень высокой плотности энергии (много ватт), их удельная энергоемкость, как правило, очень низкая (ватт-часов). Для обычных суперконденсаторов мы говорим о плотности энерговыделения, которая в 10-20 раз выше, чем у обычных литиево-ионный или свинцово-кислотных аккумуляторов, но с другой стороны, их удельная энергоемкость в 10-20 раз меньше. Одним словом, суперконденсаторы являются фантастическими приспособлениями, когда вам необходим короткий прилив энергии, например, быстрое ускорение от автомобильной системы рекуперации кинетической энергии (KERS), но они совершенно бесполезны для питания бытовой электроники, например, смартфонов.

Графен, однако, может изменить ситуацию. Количество энергии, накопленной электролитическим конденсатором, тесно связано с количеством заряда несущего электролита, который контактирует с электродами. Чем больше площадь поверхности электродов, тем больше заряд несущих ионов, которые могут адсорбироваться (прикрепляться) к электродам, тем самым сохраняя и накапливая больше энергии. Вы можете, вероятно, видеть, где все это происходит. Поскольку графен является самым тонким известным веществом, он способен обеспечить энергией удивительно большую площадь поверхности, где-то порядка тысячи квадратных метров (это несколько теннисных кортов) на грамм. Площадь поверхности настолько велика, что графен может использоваться для создания суперконденсаторов Samwha, которые решают серьезную проблему удельной энергоемкости между конденсаторами большой емкости и простыми аккумуляторами, сохраняя огромную плотность энерговыделения.

Так или иначе, это всего лишь теория. Проблема, конечно, как и во всех других случаях, заключена в самом графене: очень трудно наладить массовое коммерческое производство. Инженеры университета Монаш утверждают, что они решили эту проблему, используя решения на основе процесса, которые “аналогичны традиционным применяемым методам при изготовлении бумаги”. В основном, они начинаются с оксида графита (графена), который при помощи раствора гидразина и аммиака преобразуется до низкосортных графеновых волосовин. Затем в смесь добавляют электролит и растворитель. При высыхании смеси летучий растворитель испаряется, тем самым капиллярный эффект скрепляет графеновые волосовины между собой, а электролит вклинивается между каждым флокеном. Хотя, в конечном итоге, для инженеров до сих пор не понятно – миллионы слоев графена с большим количеством зарядов несущего электролита не поддаются изменениям.

Образовав форму электролитического конденсатора, бумагоподобный материал обладает удельной энергией на единицу объема почти 60 ватт-часов на литр (Вт/л), что примерно сопоставимо со свинцово-кислотным аккумулятором. Он сохраняет около 90% своей емкости после 50 000 циклов зарядки/разрядки, и даже "держит" 90% своего заряда после 300 часов.

Дэн Ли (Dan Li), профессор, который руководил данной разработкой, сказал: “Мы создали макроскопический графеновый материал, что является шагом вперед, шагом за пределы того, что было уже ранее достигнуто. Мы почти находимся на стадии перехода от лабораторных испытаний к промышленной разработке". Еще не известно, когда данные графеновые конденсаторы выйдут на рынок, но раствор на основе химического восстановления из оксида графита является одним из наиболее вероятных путей коммерциализации графена.

< к списку новостей