Скомканный графен поднимет емкость суперконденсаторов

Исследователи из Nanotek Instruments (США) создали графеновые электроды, которые могут увеличить емкость суперконденсаторов более чем в пять раз и сделать их пригодными для широкого коммерческого использования. Скомканные листы графена увеличили площадь поверхности электродов и позволили хранить больший заряд.

Суперконденсаторы могут заряжаться и отдавать заряд в течение нескольких минут, что теоретически позволяет создать на их основе быстрозаряжающиеся безопасные батареи для электрических автомобилей. Однако современные коммерческие суперконденсаторы в состоянии хранить лишь 5% от энергии литий-ионных батарей аналогичного размера. Поэтому суперконденсаторы используются ограничено, например, для дополнительной мощности при разгоне гибридных автобусов.

Скомканный лист графена может хранить большой заряд

Nanotek Instruments создали графеновый суперконденсатор размером с монету, который может хранить 85,6 ватт-часов энергии на килограмм. Такой полноразмерный коммерческий суперконденсатор с графеновым электродом примерно в треть объема будет иметь плотность энергии около 28 ватт-часов на килограмм. Для сравнения: современные суперконденсаторы имеют показатель от 5 до 10 ватт-часов на килограмм, в то время как никель-металл-гидридные и литий-ионные аккумуляторы – от 40 до 100 ватт-часов на килограмм и более 120 ватт-часов на килограмм, соответственно.

Однако, аккумуляторы, как правило, используют лишь 20-50% от их общей емкости. Это означает, что суперконденсатор с плотностью энергии в 20% от плотности энергии аккумулятора должен быть конкурентоспособным для некоторых электрических транспортных средств. Более того, химические реакции ограничивают возможности аккумуляторов – требуют многочасовой зарядки и существенно ухудшают характеристики после нескольких тысяч циклов заряд/разряд. Суперконденсаторы заряжаются за несколько минут и выдерживают миллионы циклов перезарядки.

Современные коммерческие суперконденсаторы имеют электроды из активированного угля. Графен может хранить гораздо больший заряд, поскольку ионы могут образовывать слои на углеродных листах. Однако современные методы получения графена не позволяли создать компактные структуры с большой площадью. Специалистам Nanotek удалось создать листы графена, которые не слипаются друг с другом, а похожи на скомканный лист бумаги.