Будет ли графеновый суперконденсатор лучшим среди батарей?


Прогнозы и домыслы: действительно ли суперконденсаторы на основе графена заменят литий-ионные батареи, и что в таком случае ожидать на рынке батарей?

Словосочетание «чёрная магия» приобретает новое значение. Это квазиоптимальный способ приготовления большинства суперконденсаторов, который основан на саже горелых кокосовых скорлупок и на некотором грубом «мошенничестве».

Сажа наносится на нечто, напоминающее фольгу для приготовления пищи, при этом зачастую имеющее толщину 40 мкм, подобно электродам литий-ионных батарей десятилетней давности, т.е. до периода их оптимизации. Вопреки учениям, основанным на вчерашних представлениях, суперконденсаторы – это конкуренты литий-ионных батарей.

Всё чаще суперконденсаторы используют либо для защиты батарей, для усиления их эффективности и увеличения их мощности – в том смысле, что требуется меньше батарей, – либо они полностью заменяют их, как в случае с более чем 600 тыс. модулями, позволяющими прототипам автомобилей автоматически выключиться даже при внезапном торможении и вновь стремительно набирать скорость. Это позволяет сэкономить несколько процентов потребляемого топлива и уменьшает загрязнение окружающей среды.

Другая крайность – суперконденсаторы стали замещать литий-ионные батареи в гибридных транспортных средствах, начиная с автомобилей «Формулы-1» и заканчивая грузовиками мусоровозами. И это вопреки тому, что их полная стоимость на единицу сохраняемой энергии более чем в десять раз превышает стоимость литий-ионных батарей. По иронии, всё только потому, что эта «горелая скорлупа кокосового ореха» намного эффективнее и долговечнее, чем литий-ионные батареи, несмотря на их сомнительную технологию изготовления от «Флинтстоунов». Во многих случаях они даже стоят дешевле в расчёте на срок эксплуатации.

Новое место на рынке

Закономерно возникает вопрос, насколько могут быть усовершенствованы суперконденсаторы, если за дело берутся организации вроде NASA. В конце концов, если суперконденсаторы могут заменить большое количество батарей, если, как уже сегодня, они сохраняют одну десятую своей энергии, то что же произойдёт на рынке, если они приблизятся к теоретическому пределу, в десять раз превышающему ёмкость литий-ионной батарей, работая как почти совершенная «батарея»?

Такого рода совершенства реальные батареи не могут достичь никогда. Расчёты основаны на использовании огромных площадей графеновой «сажи», хотя аэрогели, нанотрубки и прочие состояния вещества также впечатляют. Если незащищённый и пригодный для этого особенного электростатического процесса графен без свёртывания или деградации может достичь удельной мощности 1000Вт/кг, – говорят профессора, – то это позволило бы уже сегодня перейти от прототипов к чисто электрическим транспортным средствам от е-планера до е-автомобиля. На самом деле, – смертельный удар.

Суперконденсаторы: поживём – увидим!

Сегодня много компаний делают графеновые суперконденсаторы в небольших количествах и некоторые увеличили плотность энергии в десять раз в лабораторных условиях. Почему не больше? Это объясняется тем, что их графен не обладает достаточной степенью чистоты, не обеспечен достаточной полезной площадью и нанесён на толстую фольгу с квазиоптимальными электродами. И это хорошие новости, поскольку потенциал графеновых листов, удерживаемых вертикально на фольге толщиной 0,5 мкм, ещё не продемонстрирован.

Есть простор для движения вперед. Так мы можем перейти от углерода к карбиду, который содержит немного графена и большинство других субстанций, для того чтобы правильно «сшить» и собрать листы толщиной в один атом. Прогресс стремительный и касается негорючих и нетоксичных электролитов и других прорывов в структуре суперконденсаторов и, таким образом, находясь на полпути к суперёмким батареям, выглядит многообещающим.

Во многих отношениях суперконденсаторы продолжают улучшаться быстрее, чем литий-ионные батареи. Несомненно, представления о суперконденсаторе как наиболее полезной интеллектуальной начинке или несущей нагрузку структуре в автомобиле, как, например, объекте исследований в Имперском Колледже Лондона и в США, имеет небольшую параллель с производством литий-ионных батарей.

Суперконденсаторы? Время покажет! Следите внимательно!

Читайте также:
UCLA: графеновые суперконденсаторы могут совершить революцию в гибкой электронике
Гибрид графена и нанотрубок идеален для суперконденсаторов
Нанокомпозиты увеличат емкость батарей в 10 раз
Графеновые электроды на 300% улучшают литий-ионные батареи
Химики удвоили емкость литий-ионных батарей
Создана революционная графен-йодная топливная ячейка без платины
Создана технология осаждения графена на подложки для электроники

Источник: Electronics Weekly

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *