Создан гибкий и мощный суперконденсатор из графена

Новый гибкий суперконденсатор, изготовленный из графена, который быстро и безопасно заряжается, сохраняя рекордно высокий уровень энергии для использования в течение длительного периода времени, разработали и продемонстрировали исследователи из Университетского колледжа Лондона (University College London) и Академии наук Китая, 17 февраля сообщает пресс–служба колледжа.

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. Конденсатор в процессе проверки использовался для питания десятков светодиодов (LED) и был признан учеными очень надежным, гибким и стабильным.

Новая конструкция конденсатора использует преимущество графенового электрода с порами, размер которых можно изменять для более эффективного хранения заряда. Разработанный принцип позволил максимизировать плотность энергии суперконденсатора до рекордных 88,1 Вт ч/л (ватт в час на литр электролита), что является самым высоким показателем плотностей энергии для углеродных суперконденсаторов.

Подобные коммерческие технологии с быстрой зарядкой имеют относительно низкую плотность энергии 5–8 Вт ч/л, а традиционные медленнозаряжаемые, но длительно работающие свинцово-кислотные батареи, используемые в электромобилях, обычно имеют плотность энергии 50–90 Вт ч/л. Разработанный суперконденсатор имеет плотность энергии, сопоставимую с современными свинцово-кислотными батареями, однако его плотность мощности на два порядка выше, составляет более чем 10 000 ватт на литр. Кроме того, даже при изгибе на 180 градусов (при складывании пластинки пополам) конденсатор работал почти так же, как если бы он оставался плоским, и после 5000 циклов он сохранял 97,8% своей емкости.

Разработчики изготовили электроды из нескольких слоев графена, создав плотный, но пористый материал, способный улавливать заряженные ионы разных размеров. Ученые обнаружили, что суперконденсатор работает оптимально, когда размеры пор соответствуют диаметру ионов в электролите. Оптимизированный материал, который образует тонкую пленку, был использован для создания опытного образца устройства с высокой мощностью и высокой плотностью энергии.

Исследователи отметили, что на стадии проверки разработанной концепции суперконденсатор продемонстрировал огромный потенциал в качестве портативного источника питания для практических областей техники — таких как электромобили, мобильные телефоны и малогабаритной электроники.

По словам ученых, их открытие позволяет решить проблему, с которой сталкиваются мощные и быстрозаряжающиеся суперконденсаторы, — обычно они не могут удерживать большое количество энергии в небольшом объеме. Полученные результаты исследований опубликованы в журнале Nature Energy.

Один из главных авторов разработки — декан факультета математических и физических наук UCL (University College London) профессор Иван Паркин рассказал: «Успешное хранение огромного количества энергии в компактной системе является значительным шагом на пути к усовершенствованной технологии накопления энергии. Мы показали, что он (суперконденсатор — прим. ИА Красная Весна) быстро заряжается, мы можем контролировать его мощность, он обладает превосходной долговечностью и гибкостью, что делает его идеальным для разработки и использования в миниатюрной электронике и электромобилях. Представьте, что вам понадобится всего десять минут для полной зарядки вашего электромобиля или пара минут для вашего телефона, и это будет длиться весь день».