Новый прорыв в области графена произвел революцию в области хранения энергии

А технологический Прорыв, который может фундаментально изменить способы питания электромобилей, электросетей и персональных электронных устройств, произошел в Австралии. Инженеры Университета Монаша объявили, что они разработали новый тип материала на основе графена, который, по-видимому, решает одно из основных ограничений суперконденсаторов: неспособность удерживать большие запасы энергии. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nature Communications, этот новый подход позволяет суперконденсаторам хранить энергию на уровне, сравнимом с обычными батареями, одновременно заряжая и отдавая энергию гораздо быстрее.

Суперконденсаторы, в отличие от батарей, основаны не на химических реакциях, а на хранении электростатического заряда. Их большим преимуществом всегда было быстрое время зарядки, но ценой была меньшая плотность энергии и, следовательно, более короткая автономность. В течение многих лет научный сообщество пыталось расширить действительно полезную площадь поверхности углерода, критическую точку, которая определяет, сколько энергии можно хранить. Именно на эту слабость теперь собирается ответить Университет Монаша.

Профессор Майнак Маджумдердиректор исследовательского центра ARC по передовому производству с использованием 2D-материалов (AM2D) и член исследовательской группы, объясняет что «ключом» была иная термическая обработка материала. По его словам, эта модификация открывает большую площадь поверхности, создавая более доступное пространство для ионов и значительно увеличивая общую емкость хранения. Короче говоря, суперконденсаторы теперь могут не только быстро заряжаться, но и хранить много энергии — раньше для этого требовались батарейки.

Настоящий скачок произошел благодаря новой аппаратной архитектуре под названием многомасштабный восстановленный оксид графена (М-рГО). Изготовленный из природного графита, богатого ресурса Австралии, М-рГО он является результатом быстрого процесса термического отжига, в результате которого создается сильно изогнутая графеновая сетка с определенными «путями» для движения ионов. Такая конструкция не просто более эффективна — она позволяет одновременно достигать высокой плотности энергии и высокой плотности мощности — сочетание, которое обычно позволяет избежать сосуществования в одной и той же системе хранения данных.

Производительность устройств, созданных из этого нового материала, не оставляет сомнений. Доктор Петар Йованович из ARC AM2D Hub сообщает, что в реальных устройствах с аккумуляторными батареями суперконденсаторы Монаша достигли плотности энергии до 99,5 Втч/л и плотности мощности до 69,2 кВт/л. Кроме того, они продемонстрировали чрезвычайно быструю зарядку и высокую устойчивость к циклу заряд-разряд, что имеет решающее значение для таких устройств, как электромобили или зарядные станции, где надежность является ключевым фактором.

Следующий шаг — коммерческая эксплуатация, и, похоже, процесс уже начался. Доктор Филлип Эйчисон, технический директор Ionic Industries — дочерней компании Университета Монаша и соавтор исследования — подтверждает, что компания уже производит коммерческие количества нового графена. И это не останавливается на достигнутом: компания работает с игроками промышленной энергетики над разработкой продуктов, требующих высокого хранения энергии и немедленной подачи энергии, таких как электромобили, системы быстрой зарядки, портативные устройства с высоким энергопотреблением и вспомогательная инфраструктура электросетей.

При его поддержке Австралийский исследовательский совет и его Управление спонсируемых исследований ВВС СШАисследовательская группа преследует более крупную цель: переход к низкоуглеродным энергетическим решениям. Это открытие показывает, что путь в будущее с более быстрой зарядкой, большей дальностью полета и меньшим воздействием на окружающую среду, возможно, уже идет.

Если графеновые суперконденсаторы появятся на массовом рынке, то, как мы взаимодействуем с энергией, может измениться гораздо быстрее, чем мы думаем. От электромобилей, которые заряжаются за несколько минут, до смартфонов, которые «заряжаются» за время дыхания, технологии, которые некоторые считали многообещающими, но далекими, похоже, сейчас находятся в руках инженеров и медленно приближаются к дверям рынка.