Графеновые суперконденсаторы смогут заменить аккумуляторные батареи в малогабаритных и мобильных устройствах

Вы здесь

12 марта 2013 г.

В современных малогабаритных и мобильных электронных устройствах для снабжения энергией в большинстве случаев используются батареи и аккумуляторные батареи, основанные на химическом методе хранения электрической энергии. Несмотря на то, что технологии батарей все время совершенствуются, принципы, заложенные в их основе, остаются неизменными в течение многих десятилетий. Но, исследовательские группы различных научных учреждений работают над созданием новых технологий аккумулирования и хранения электрической энергии, которые в недалеком будущем должны устроить буквально переворот в этой области. И к одной из таких групп можно отнести группу исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые разработали структуру и технологию изготовления графеновых суперконденсаторов.

Профессор Ричард Кэнер (Richard Kaner) и его аспирант Маэр Ель-Кэди (Maher El-Kady) еще в прошлом году сообщили о разработанных ими суперконденсаторах на основе графеновой пленки, которые могут принять и отдать электрический заряд в сотни раз быстрее аккумуляторных батарей и электрическая емкость которых сопоставима с емкостью тех же аккумуляторных батарей. Сейчас же исследователи утверждают, что им удалось разработать процесс масштабируемого производства таких суперконденсаторов, что сделает их достаточно дешевыми и практичными. "Сейчас мы занимаемся поисками партнеров, которые возьмут на себя серийное промышленное изготовление наших суперконденсаторов" - рассказывает Ричард Кэнер.

Разработанный исследователями процесс производства графеновых суперконденсаторов чрезвычайно прост. На поверхность обычного DVD-диска наносится слой специального эластичного пластика, на который осаждается слой окиси графита. Такой диск с дополнительным покрытием вставляется в самый обычный пишущий привод DVD-ROM, поддерживающий технологию LightScribe, которая обычно используется для нанесения маркировки, надписей и изображений на поверхность диска. Используя лазер привода, на слое оксида графена создается сложный рисунок структуры суперконденсатора. Лазер и механика привода LightScribe обеспечивают достаточную точность создания структуры, что предотвращает возникновение замыканий между элементами этой структуры.

Но и сама структура нового суперконденсатора весма разнится от структуры, разработанной исследователями год назад. "Электроды нового суперконденсатора весьма напоминают тесно сплетенные пальцы, которые не касаются друг друга" - рассказывают исследователи, - "Это позволило получить максимально большую площадь поверхности двух электродов суперконденсатора. Помимо этого нам удалось минимизировать путь, по которому движутся ионы в электролите этого суперконденсатора. В результате новые суперконденсаторы имеют более высокие скоростные характеристики и большую электрическую емкость, нежели их предшественники".

Исследователи добавили, что, "несмотря на их "химическую сущность", новые микросуперконденсаторы демонстрируют замечательную стабильность своих характеристик даже при большом количестве циклов заряда-разряда, чего нельзя сказать про обычные химические аккумуляторные батареи. Такие замечательные характеристики суперконденсаторов позволяют серьезно задуматься об их использовании в качестве источников питания для критичных электронных устройств, таких как медицинские имплантаты, активные устройства радиочастотной идентификации и различные микродатчики, там, где замена элементов питания просто невозможна или сопряжена с определенными трудностями.

Одной из основных областей применения новых графеновых суперконденсаторов исследователи считают использование их в солнечных батареях. Установка таких суперконденсаторов позади фотогальванических элементов позволит получить одновременно устройство получения и хранения электрической энергии, которое будет отдавать накопленную в суперконденсаторах энергию в темное время суток.