Инженеры представили графеновый материал, который обеспечивает суперконденсаторы быстрой зарядкой и высокой плотностью энергии.
Рабочий держит суперконденсатор на электронной плате (иллюстративное изображение)
Getty Images
Инженеры совершили прорыв, который может изменить будущее накопления энергии.
Ученые из Университета Монаша разработали новый материал на основе углерода для суперконденсаторов, который сочетает в себе энергию уровня батареи с быстрой подачей питания — сочетание, редко достигаемое в обычных батареях.
Это открытие может кардинально изменить электротранспорт, стабилизацию сетей и бытовую электронику. Исследование показывает, что этот материал позволяет суперконденсаторам хранить столько же энергии, сколько свинцово-кислотные аккумуляторы, при этом обеспечивая гораздо более быструю выработку энергии, чем позволяют современные технологии.
Суперконденсаторы хранят заряд электростатически, в отличие от аккумуляторов, работающих на основе химических реакций. До сих пор использовалась лишь малая часть площади поверхности углеродных материалов, что ограничивало эффективность и плотность энергии.
Профессор Майнак Маджумдер, директор Исследовательского центра ARC по перспективному производству с использованием двумерных материалов (AM2D), сказал: «Наша команда показала, как можно значительно увеличить площадь поверхности, просто изменив способ термической обработки материала».
Техника быстрого высвобождения энергии
«Это открытие может позволить нам создать быстрозаряжающиеся суперконденсаторы, которые будут накапливать достаточно энергии, чтобы заменить батареи во многих устройствах, и выдавать ее гораздо быстрее», — добавил профессор Маджумдер.
Секрет кроется в архитектуре материала, называемого многомасштабным восстановленным оксидом графена (M-rGO). Он синтезирован из природного графита, богатого австралийского ресурса. Используя быстрый термический отжиг, исследователи создали сильно изогнутые графеновые структуры с точными траекториями для быстрого перемещения ионов.
В результате получился суперконденсатор, обеспечивающий как высокую плотность энергии, так и высокую плотность мощности — сочетание, редко встречающееся в одном устройстве. Команда также подчеркнула, что материал совместим с масштабируемыми технологиями производства.
Доктор Петар Йованович, научный сотрудник центра ARC AM2D, отметил: «Объёмная плотность энергии в ионных жидких электролитах достигает 99,5 Вт·ч/л, а удельная мощность — 69,2 кВт/л. Устройства быстро заряжаются и демонстрируют отличную стабильность цикла».
Показатели производительности — одни из лучших среди углеродных суперконденсаторов. «Важнейшее значение имеет масштабируемость процесса и совместимость с австралийским сырьем», — добавил доктор Йованович.
Коммерциализация движется вперед
Доктор Филлип Эйчисон, технический директор компании Ionic Industries, дочерней компании Monash, заявил, что технология сейчас выходит на рынок. «Ionic Industries была создана для коммерциализации подобных инноваций, и теперь мы производим эти графеновые материалы в промышленных количествах», — сказал он.
Компания сотрудничает с партнёрами в области накопления энергии, чтобы вывести эту инновационную технологию на рынок. Потенциальные области применения включают области, где важны как высокая степень накопления энергии, так и быстрая её подача, например, электромобили, беспилотные летательные аппараты и востребованная электроника.
Исследование было поддержано Австралийским исследовательским советом и Управлением спонсируемых исследований ВВС США. Оно является частью более широкой программы Университета Монаша по разработке передовых материалов для низкоуглеродной энергетики будущего.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Sourse: interestingengineering.com
