Новости перспективных технологий

Суперконденсаторы на графене установили новый рекорд

Изображения с сайта compulenta.computerra.ru

Электромобили на подъёме, и всё же нынешние литиевые аккумуляторы мало кого устраивают. Производителям хотелось бы моментально запасать энергию при регенеративном торможении, но обычные батареи слишком медленно запрягают. Вы произнесли «ионисторы»? Но как быть с их малой ёмкостью?

Дело доходит до того, что на отдельные концепты ставят и аккумулятор, и суперконденсаторы, заряжающиеся быстро, но недобирающие в ёмкости, которая резко уступает батареям. Понятно, что это не выход, да и малая скорость зарядки мешает не только при торможении, но и при «заправке» электромобиля.

Структура обкладок нового ионистора получилась рекордно пористой. (Здесь и ниже иллюстрации Santhakumar Kannappan et al.)

Сантакумар Каннаппан (Santhakumar Kannappan) из Института науки и технологии в Кванджу (Южная Корея) вместе с коллегами предлагает универсальное решение — накопители на основе графеновых суперконденсаторов нового типа...

...Которым удалось придать экстраординарную ёмкость за счёт особо пористой формы графена, имеющей уникальную площадь поверхности на единицу массы и объёма. Чтобы получить её, частицы оксида графена восстанавливали гидразином в воде, предварительно прошедшей ультразвуковую обработку. Затем графеновый порошок помещали в форму и нагревали до 140 °С при давлении 300 кг/см² на протяжении пяти часов.

Вот так и был получен новый материал для электрода, который на один грамм массы имеет площадь поверхности, превышающую, гм, баскетбольную площадку. Он способен принять куда больше электролита (ионной жидкости EBIMF 1 M), и это обеспечивает суперконденсаторам их исключительную ёмкость. Именно графен с его одноатомными (в толщину) слоями располагает самыми блистательными перспективами, когда речь идёт об электродах с максимальной площадью поверхности на грамм материала, подчёркивают исследователи. У всех остальных материалов слои толще, причём значительно, что и ограничивает конечную поверхность.

В первых же лабораторных измерениях новые ионисторы продемонстрировали удельную ёмкость более 150 Ф/г и энергоплотность, превышающую 64 Вт•ч/кг, при плотности тока 5 А/г. А при вдвое меньшей плотности тока удалось добиться 195 Ф/г и 83,4 Вт•ч/кг при времени разряда в 69 с! Эти цифры на порядок превосходят параметры нынешних лучших коммерческих суперконденсаторов, не использующих графен. Но, разумеется, пока это меньше, чем у представленных на рынке литий-ионных батарей, накапливающих от 100 до 200 Вт•ч/кг.

Хотя сравнение только по этому параметру вряд ли стоит считать корректным. Команда г-на Каннаппана смогла полностью зарядить свой суперконденсатор за 16 с — недостижимый результат для литиевого аккумулятора, обычно требующего нескольких часов. И сделано это было 10 тыс. раз подряд «без серьёзного снижения параметров установки». «Это самые высокие цифры, опубликованные в научной литературе на сегодня», — подчёркивают разработчики. Важно и то, что накопители энергии на основе такого типа ионисторов «могут быть развёрнуты для промышленного производства и установки на электромобили [уже] в ближайшем будущем».

Если исследователи правы в последнем, вскоре стоит ожидать появления электромобилей и гибридов, которые смогут куда лучше использовать энергию, сегодня просто теряемую при торможении. Наконец, скорость зарядки электротранспорта резко вырастет, и вместо часов средний электромобиль будет «заправляться» за минуты. Рывок? Да какой!

Неровности, возникшие на графеновых пластинах, после обработки (масштаб — 50 нм).

И вот ещё что: новинка появилась в Южной Корее — государстве, где уже сейчас электромобили подзаряжаются индукционно от кабелей, проложенных под частью асфальтовых дорог. Пока такие авто тратят на полную зарядку многие часы, что вынуждает прокладывать кабели под множеством дорог общего пользования. А это и неудобно, и недёшево. Если же на зарядку будут уходить десятки секунд, как в рассмотренной разработке, то индукционный проект откроет второе (истинное?) дыхание за счёт кабелей, проложенных лишь под ключевыми перекрёстками.

С препринтом отчёта об исследовании можно ознакомиться здесь.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru по материалам Technology Review. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Автор оригинального текста: Александр Березин.