Мощные конденсаторы изобретены давно, но их спектр применения довольно ограничен. Есть большой недостаток, они занимают много места и не могут хранить много энергии долго, в смысле отдавать ее долго.
Новый суперконденсатор лишен этих недостатков и чрезвычайно перспективен для технологии накопления энергии следующего поколения, в качестве замены существующей аккумуляторной технологии или для использования совместно с ней. Ученые разработали новые материалы, которые дают этому суперконденсатору высокую плотность мощности, то есть скорости, с которой он может заряжаться или разряжаться, и высокую плотность энергии, которая показывает, как долго он может работать. Обычно конденсаторы обладают, какой то одной из этих характеристик, но этот суперконденсатор обеспечивает обе, что является критическим прорывом в данном виде накопления энергии.
Более того, суперконденсатор может изгибаться на 180 градусов без ущерба для производительности и не использует жидкий электролит, что сводит к минимуму риск взрыва или вытекания вредного электролита и делает его идеальным для использования в гибких телефонах или любых носимых электронных устройствах.
Команда химиков, инженеров и физиков работала над новой конструкцией, в которой используется инновационный материал графенового электрода с порами, размер которых можно изменять для более эффективного хранения заряда. Такая гибкая настройка максимизирует плотность энергии суперконденсатора до рекордных 88,1 Wh/l (Втч / ч на литр/кг), что является самой высокой из когда-либо зарегистрированных плотностей энергии для углеродных суперконденсаторов. Подобные технологии с быстрой зарядкой имеют относительно низкую плотность энергии 5-8 Втч / л/кг, а традиционные медленно заряжаемые, но длительно работающие свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в электромобилях, обычно имеют 50-90 Вт / кг
Успешное хранение огромного количества энергии в компактной системе - важный шаг к усовершенствованной технологии накопления энергии. Суперконденсатор быстро заряжается. Можно контролировать его мощность, а также он обладает превосходной долговечностью и гибкостью, что делает его идеальным для использования в миниатюрной электронике и даже в электромобилях. Представьте, что вам понадобится всего десять минут для полной зарядки вашего электромобиля или пара минут для телефона и ее хватит на целый день.
Исследователи изготовили электроды из нескольких слоев графена, создав плотный, но пористый материал, способный улавливать заряженные ионы разных размеров. Они протестировали его с помощью ряда методов и обнаружили, что он работает лучше всего, когда размеры пор графена соответствуют диаметру ионов в электролите. Оптимизированный таким способом материал, который образует тонкую пленку, был использован для создания испытательного устройства с высокой мощностью и высокой плотностью энергии.
Суперконденсатор размером 6 × 6 см был изготовлен из двух одинаковых электродов, наслоенных по обе стороны от гелеобразного вещества, которое служило в качестве химической среды для передачи электрического заряда. Он использовался для питания десятков светодиодов (LED) и был признан очень надежным, гибким и стабильным. Даже при изгибе на 180 градусов он работал почти так же, как когда он был плоским, и после 5000 циклов перезарядки он сохранял 97% своей емкости.
В течение ближайших десятилетий мир интеллектуальных технологий будет сильно развиваться, что значительно изменит связь, транспорт и нашу повседневную жизнь. Благодаря тому, что устройства хранения энергии станут компактнее и мощнее, носимые устройства будут гораздо меньше чем сейчас, они будут работать автономно и в интерактивном режиме с различными окружающими приборам. И такой гибкий и мощный суперкондесатор сослужит огромную роль в этом процессе.