У любого здравомыслящего человека не вызывает удивление предположение, что будущее автотранспорта за электромобилями. В пользу такого предположения говорит хотя бы очевидная выгода при использовании электромотора с его КПД в 95% по сравнению с современным бензиновым двигателем, КПД которого всего 35-38%. Причины, по которым электромобили до сих пор не находят широкого применения, заключаются в одной из глобальных проблем энергетики – в трудности хранения электрической энергии. Именно это не позволяет человечеству отказаться от использования в энергетике ископаемого топлива там, где это имело бы смысл. И эта же трудность ограничивает время использования и энергозатратность приборов, работающих автономно от электросети. Получается, что проблема хранения электроэнергии, влияет практически на все стороны нашего быта, начиная от использования автомобилей до частоты подзарядки телефона.
На текущий момент экономически целесообразной технологией хранения электроэнергии является использование аккумуляторов, в частности, наиболее эффективного их вида – литий-ионных батарей. Такой способ хранения имеет ряд существенных недостатков, например, с каждым циклом зарядки-разрядки показатели литий-ионной батареи ухудшаются, батареи огнеопасны, чувствительны к температуре окружающей среды. Тем не менее, разработка относительно дешевых литий-ионных батарей уже сильно изменила нашу обычную жизнь, например, стали возможны и дешевы те же смартфоны и гаджеты, а домашние пылесосы лишились провода.
Можно ли эффективнее хранить электроэнергию? Наверняка. В ряду возможных решений этой проблемы находится и технология суперконденсатора. Суть прибора, запатентованного в 1962-ом году Робертом Райтмаером, заключается в следующем. Если в обычном конденсаторе металлические обкладки, традиционно, были изолированы друг от друга слоем диэлектрика, то в предлагаемом изобретателем варианте акцент делался непосредственно на сам материал обкладок. Электроды должны были иметь различную проводимость: один электрод должен был обладать ионной проводимостью, а другой – электронной. Таким образом, в процессе заряда конденсатора происходило бы разделение электронов и положительных центров в электронном проводнике, и разделение катионов и анионов в ионном проводнике. Электронный проводник предлагалось сделать из пористого углерода, тогда ионным проводником мог бы быть водный раствор серной кислоты. Заряд в таком случае сохранялся бы на границе раздела этих особых проводников . Разность потенциалов этих первых суперконденсаторов могла достигать значения в 1 вольт, а емкость – единиц фарад, ведь теперь расстояние между обкладками было меньше 5 нанометров.
Преимущества суперконденсатора в сравнении с батареями были понятны сразу: они практически не деградируют при разрядке-зарядке и очень быстро заряжаются. А в недостатках была сравнительно малая энергоемкость, в 100 раз меньшая по сравнению с литий-ионной батареей, до последнего времени ограничивавшая область применения суперконденсаторов. Тот же электромобиль построить в сколько-нибудь эффективном виде не удалось бы.
Однако, если судить по последним сообщениям (например, Rani JR, Thangavel R, Oh SI, Lee YS, Jang JH. Nanomaterials (Basel). 2019;9(2):148), использование в электродах открытого 15 лет назад графена позволяет создать суперконденсатор, сопоставимый по характеристикам с литий-ионной батареей. Пока, конечно, такой конденсатор стоит даже на фоне недешевой батареи как чугунный мост, но лиха беда начало – сама возможность создания альтернативного, компактного и при том эффективного устройства для хранения электроэнергии доказана. И кто знает, возможно, мы сейчас наблюдаем начало новой промышленной революции. Последняя революция в этой области подарила нам компьютер в кармане и электромобили. Что по итогам подарит эта, трудно даже представить. Я лично надеюсь на летающий мотоцикл.