Представьте, что вам потребуется менее 10 минут для полной зарядки электромобиля или всего две минуты для телефона, и это на протяжении целого дня. В ближайшем будущем это станет возможным благодаря технологии накопления энергии следующего поколения, разработанной исследователями.
Находясь на стадии проверки концепции, технология демонстрирует огромный потенциал в качестве портативного источника питания в нескольких практических применениях, включая электромобили, телефоны и мобильные технологии.
Открытие, опубликованное в журнале Nature Energy, преодолевает проблему, с которой сталкиваются мощные и быстро заряжающиеся суперконденсаторы, — они обычно не могут удерживать большое количество энергии в небольшом пространстве.
«Наш новый суперконденсатор чрезвычайно перспективен для технологии накопления энергии следующего поколения в качестве замены существующей аккумуляторной технологии или для использования вместе с ней, чтобы предоставить пользователю больше энергии», — говорит автор исследования Чжуаннань Ли из Университетского колледжа Лондона.
«Мы разработали материалы, которые дают нашему суперконденсатору высокую плотность мощности — то есть, увеличивают скорость зарядки и снижают скорость разряда — и высокую плотность энергии — что будет определять, как долго он может работать. Как правило можно иметь только одну из этих характеристик, но наш суперконденсатор обеспечивает обе, что является серьезным прорывом» — добавил Ли.
«Кроме того, суперконденсатор может изгибаться на 180 градусов без ущерба для производительности и не использует жидкий электролит, что сводит к минимуму риск взрыва и делает его идеальным для интеграции в гибкие телефоны или мобильные электронные устройства», — говорит Ли.
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.
Эта настройка максимизирует плотность энергии суперконденсатора до рекордных 88,1 Вт/л (Вт/час на литр), что является самой высокой из когда-либо зарегистрированных плотностей энергии для углеродных суперконденсаторов, говорится в исследовании.
Подобные коммерческие технологии с быстрой зарядкой имеют относительно низкую плотность энергии 5-8 Вт/л, а традиционные медленно заряжаемые, но длительно работающие свинцово-кислотные батареи, используемые в электромобилях, обычно имеют 50-90 Вт/л.
В то время как суперконденсатор, разработанный командой, имеет плотность энергии, сопоставимую с современной стоимостью свинцово-кислотных батарей, его плотность мощности на два порядка выше при более чем 10 тыс. Вт/л.
«Успешное хранение огромного количества энергии в компактной системе является значительным шагом на пути к усовершенствованной технологии накопления энергии. Мы показали, что она быстро заряжается, мы можем контролировать ее выход, она обладает превосходной долговечностью и гибкостью, что делает ее идеальной для разработки и использования в миниатюрной электронике и электрических транспортных средствах» — говорит соавтор технологии, декан UCL математических и физических наук, профессор Иван Паркин.
Исследователи изготовили электроды из нескольких слоев графена, создав плотный, но пористый материал, способный улавливать заряженные ионы разных размеров. Они охарактеризовали его с помощью ряда методов и обнаружили, что он работает лучше всего, когда размеры пор соответствуют диаметру ионов в электролите.
Оптимизированный материал, который образует тонкую пленку, был использован для создания тестового устройства с высокой мощностью и высокой плотностью энергии.
По материалам: Gadgetsnow
