РадиоЛоцман - Все об электронике

Исследователи разработали графеновые суперконденсаторы для портативных электронных устройств

Электрохимические конденсаторы (ЭК), также известные как суперконденсаторы или ультраконденсаторы, отличаются от обычных конденсаторов, которые можно найти в телевизорах или компьютерах, тем, что могут довольно долго хранить большой заряд. Как устройства хранения энергии они привлекают внимание, прежде всего, скоростью заряда/разряда, которая выше чем у аккумуляторов, хотя по удельной плотности энергии ЭК пока еще заметно проигрывают. Появление электрохимических конденсаторов, сочетающих в себе электрические свойства обычных конденсаторов и удельную емкость аккумуляторов, дало бы мощный толчок развитию технологии хранения энергии. Для этого требуется разработать электроды, которые не только обладали бы высокой проводимостью, но и имели еще бóльшую и доступную площадь поверхности, в отличие от обычных ЭК, где применяются электроды из активированного угля.

UCLA - Supercap

Для изготовления таких электродов исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) использовали стандартный DVD-привод, поддерживающий технологию LightScribe. Эти электроды состоят из разреженной графеновой сетки – слоя графитообразного углерода толщиной в один атом. Такая сетка имеет превосходные механические и электрические свойства и исключительно большую площадь поверхности.

Процесс получения графеновых электродов заключался в нанесении на DVD диск слоя окиси графита, который затем подвергался воздействию лазера внутри LightScribe DVD привода. Обычно устройства хранения энергии оценивают двумя основными характеристиками – удельной емкостью и удельной мощностью. Предположим, мы используем такое устройство для того, чтобы привести в движение электромобиль. Удельная емкость покажет, как далеко сможет проехать машина на одной зарядке, тогда как от удельной мощности будет зависеть то, как быстро автомобиль будет перемещаться. В данном случае устройства с электродами из гравированного лазером графена (Laser Scribed Graphene или LSG) демонстрируют сверхвысокую удельную емкость в различных электролитах при большой удельной мощности и превосходной стабильности цикла ЭК. Более того, эти ЭК не теряют своих превосходных электрохимических свойств под воздействием сильных механических нагрузок, и поэтому, в перспективе, могут применяться в мощных, удобных электронных устройствах.

Группа исследователей сформировала LSG-электроды, не имеющие недостатков электродов из активированного угля, что до сих пор ограничивало возможности коммерческого использования ЭК. Во-первых, воздействие LightScribe лазера вызывает одновременное уменьшение и отслаивание окиси графита и способствует образованию открытой LSG сетки с существенно большей и более доступной удельной площадью поверхности. Это приводит к значительному увеличению емкости LSG суперконденсаторов. Открытая структура сетки электродов позволяет минимизировать траектории диффузии ионов электролита, что очень важно при зарядке устройства.

Во-вторых, LSG электроды устойчивы к механическим воздействиям и имеют высокую проводимость (более 1700 См /м), тогда как у электродов из активированного угля этот показатель составляет от 10 до 100 См/м. Это означает, что LSG электроды могут непосредственно использоваться в качестве электродов суперконденсаторов без необходимости применения дополнительных связующих и токосъемников, которые являются неотъемлемыми частями конструкции обычных ЭК. Кроме того, эти свойства позволяют LSG одновременно выполнять функции активного материала и токоприемника. Сочетание обеих функций в единственном слое упрощает архитектуру и делает LSG суперконденсаторы рентабельными.

Вместо жидкого электролита исследователи использовали полимерный электролит-гель, служивший также сепаратором, что позволило уменьшить толщину и вес устройства и упростить процесс производства, так как для этого не требуются специальные упаковочные материалы.

Поскольку столь замечательные свойства все же должны найти свое применение в коммерческих устройствах, такие LSG суперконденсаторы могли бы проложить дорогу к появлению идеальных систем хранения энергии для практичных портативных устройств следующего поколения.

Перевод: Mikhail R по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Researchers develop graphene supercapacitor for portable electronics

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Статья из серии - "что можно сделать на коленке в гараже что бы отхватить нобелевку"
  • Дожить бы! :)
  • Ох и технологии! Почти ничего не понял. Но в принципе понятно, что это хорошая вещь, в хозяйстве пригодится. Могу дополнить, в Википедии читал, что для этих конденсаторов полярность не имеет значения, хотя на корпусе есть + и -.
  • Это тот-же конденсатор с двойным диэлектрическим слоем, где вместо угольного порошка используют графен.
  • Конденсаторы с двойным диэлектрическим слоем активно разрабатывались в России в 90 годы. Потом основные разработчики куда-то исчезли, наверное убрали конкуренты - монстры по производству аккумуляторов. Единственное где их успели внедрить - запуск двигателей танков при низких температурах. Теперь этим направлением активно занимаются забугорные фирмы по выпуску электромобилей. Графен как раз то, что долго ждали разработчики указанных конденсаторов. Теперь удельная энергоемкость таких конденсаторов может сравняться с АКБ, что может подорвать монополию производителей АКБ.
  • Есть серия статей о графенах.Их много. Суть в том, что цепочка структуры так закручена , что площадь поверхности при этом сильно увеличивается ( соответственно и свойства оригинальные ).Откуда и возможность иметь большие емкости. Трудность в получении такой структуры.Она в обычных условиях нестойкая.
  • Туда и исчезли... За бугор.
  • Наука тоже хочет хлеба с маслом...А на сухарях -то и эксперименты не очень продвигаются.
  • Ну да...
  • В том же русле о графенах. В печатном варианте встречал пару лет назад в "УТГ" - Укр. технической газете. Несколько номеров . Правда потом нашел откуда они собирали материалы для статьи. Но всеравно интересно и как бы без рекламы.
  • У этих емкостей особенность- не могут разрядиться до нуля. Вот и указывается конечная полярность, заодно правильное подключение для макс емкости. При обратной полярности работать будут но "как то не так"
Полный вариант обсуждения »