Вченими з Лондона був розроблений новий гнучкий суперконденсатор, виготовлений з графена, який швидко і безпечно заряджається, зберігаючи рекордно високий рівень енергії для використання протягом тривалого періоду. Перебуваючи на стадії перевірки концепції, він демонструє величезний потенціал в ролі портативного джерела живлення в декількох практичних застосуваннях. Зокрема, для електромобілів, смартфонів і носимої електроніки.
Це відкриття долає проблему, з якою стикаються потужні суперконденсатори, які швидко заряджаються. Адже, зазвичай, вони не можуть утримувати велику кількість енергії в невеликому просторі.
«Наш новий суперконденсатор надзвичайно перспективний для технології накопичення енергії наступного покоління в ролі заміни сучасної технології батарей або для використання разом з нею, щоб надати користувачеві більше сили. Ми розробили матеріали, які надали б нашому суперконденсатору високу щільність потужності – тобто, наскільки швидко він може заряджатися або розряджатися. А також високу щільність енергії – що буде визначати, як довго він може працювати. Як правило, ви можете мати тільки одну з цих характеристик, але наш суперконденсатор забезпечує обидві, що є критичним проривом. Більш того, суперконденсатор може згинатися на 180° без шкоди для продуктивності і не використовує рідкий електроліт, що зводить до мінімуму ризик вибуху та робить його ідеальним для інтеграції в гнучкі телефони або носимі електронні пристрої».
Доктор Zhuangnan Li (UCL Chemistry),
перший автор дослідження
Графеновий суперконденсатор
отримав рекордну щільність
Команда хіміків, інженерів і фізиків працювала над новою конструкцією, в якій використовується інноваційний матеріал графенового електрода з порами, розмір яких можна змінювати для більш ефективного зберігання заряду. Це максимізує щільність енергії суперконденсатора до рекордних 88.1 Вт/л (Вт/год на літр), що є найвищою з коли-небудь зареєстрованих щільностей енергії для вуглецевих суперконденсаторів.
Подібні комерційні технології з швидкою зарядкою мають відносно низьку щільність енергії 5-8 Вт/л, а традиційні повільно заряджаються. А свинцево-кислотні батареї, які працюють довше і використовуються в електромобілях, зазвичай мають 50-90 Вт/л. У той час як суперконденсатор, розроблений командою, має щільність енергії, яку можна порівняти із сучасною вартістю свинцево-кислотних батарей, його щільність потужності суттєво вище при більш ніж 10000 Вт/л.
«Успішне зберігання величезної кількості енергії в компактній системі – важливий крок до вдосконаленій технології накопичення енергії. Ми показали, що вона швидко заряджається. Ми можемо контролювати потужність, а також чудову довговічність і гнучкість, що робить його ідеальним для розробки для використання в мініатюрній електроніці і електромобілях. Уявіть, що вам знадобиться всього десять хвилин для повної зарядки вашого електромобіля або пара хвилин для телефону».
Професор Іван Паркін,
старший автор і декан математичного
та фізичного факультету UCL
Гнучкий, ємнісний
та мініатюрний суперконденсатор
Дослідники виготовили електроди з декількох шарів графена, створивши щільний, але пористий матеріал, здатний уловлювати заряджені іони різних розмірів. Вони охарактеризували його за допомогою ряду методів і виявили, що він працює краще за все, коли розміри пор відповідають діаметру іонів в електроліті.
Оптимізований матеріал, який утворює тонку плівку, був використаний для створення випробувального пристрою з високою потужністю і високою щільністю енергії. Суперконденсатор розміром 6 х 6 см був виготовлений з двох однакових електродів, нашарованих по обидві сторони від гелеобразної речовини, яка служила в ролі хімічного середовища для передачі електричного заряду. Він використовувався для живлення десятків світлодіодів (LED) і був визнаний дуже надійним, гнучким і стабільним.
Навіть при вигині на 180° він працював майже так само, як коли він був плоским. А після 5000 циклів він зберігав 97.8% своєї ємності. Дослідження фінансувалося Національним науковим фондом Китаю, Міністерством науки і технологій Китаю, Академією наук Китаю і EPSRC.