Графенові суперконденсатори, створені корейськими інженерами, готові до використання в електричних автомобілях
Подобається вам це чи ні, але ера електричних автомобілів неухильно наближається. І в даний час тільки одна технологія стримує прорив і захоплення ринку електромобілями, технологія акумулювання електричної енергії. Незважаючи на всі досягнення вчених у цьому напрямку, більшість електричних і гібридних автомобілів мають в своїй конструкції літій-іонні акумуляторні батареї, які мають свої позитивні і негативні сторони, і можуть забезпечити пробіг автомобіля на одному заряді лише на невелику відстань, достатню лише для переміщень в міській межі. Всі провідні світові автовиробники розуміють цю проблему і займаються пошуками методів збільшення ефективності електричних транспортних засобів, що дозволить збільшити дальність поїздки на одному заряді акумуляторних батарей.
Одним з напрямів підвищення ефективності електричних автомобілів є збір і повторне використання енергії, перетворюється в тепло при гальмуванні автомобіля і при русі автомобіля по нерівностях дорожнього покриття. Вже розроблені методи повернення такої енергії, але ефективність її збору та повторного використання вкрай низька із-за малої швидкості роботи акумуляторних батарей. Часи гальмування зазвичай обчислюються секундами і це дуже швидко для акумуляторних батарей, на зарядку яких потрібні годинник часу. Тому для акумулювання "швидкої" енергії потрібні інші підходи й акумулюючі пристрою, на роль яких найбільше схожі конденсатори великої ємності, так звані суперконденсатори.
На жаль, суперконденсатори ще не готові вийти на "велику дорогу", незважаючи на те, що вони здатні швидко заряджатися і розряджатися, їх ємність поки відносно низька. Крім цього, надійність суперконденсаторів також залишає бажати кращого, матеріали, використовувані в електродах суперконденсаторів, постійно руйнуються в результаті багаторазових циклів зарядки-розрядки. А це навряд чи можливо з урахуванням того, що за все життя електричного автомобіля кількість циклів роботи суперконденсаторів має скласти багато мільйонів разів.
У Сэнтэкумэра Кэннэппэна (Santhakumar Kannappan) і група його колег з Інституту науки і техніки, Кванджу, Корея, є рішення вищеописаної проблеми, основою якого є один з найбільш дивних матеріалів сучасності - графен. Корейські дослідники розробили і виготовили досвідчені зразки високоефективних суперконденсаторів на основі графена, ємнісні параметри яких не поступаються параметрам літій-іонних акумуляторних батарей, але які здатні дуже швидко накопичувати і віддавати свій електричний заряд. Крім цього, навіть досвідчені зразки графенових суперконденсаторів здатні витримати без втрати своїх характеристик десятки тисяч робочих циклів.
Хитрість, яка дозволила добитися таких значних показників, полягає в отриманні особливої форми графена, у якої є величезна площа ефективної поверхні. Дослідники отримали таку форму графена, змішавши частинки оксиду графену з гідразином у воді і подрібнити все це з допомогою ультразвуку. Одержаний графеновий порошок був упакований у дископодібних таблеток і висушений при температурі 140 градусів за шкалою Цельсія і при тиску 300 кг/см протягом п'яти годин.
Одержаний матеріал вийшов дуже пористим, у одного грама такого графенового матеріалу його ефективна площа відповідає площі баскетбольного майданчика. Крім цього, пориста природа цього матеріалу дозволяє іонної електролітичної рідини EBIMF 1 M заповнити повністю весь обсяг матеріалу, що призводить до збільшення електричної ємності суперконденсатора.
Вимірювання характеристик досвідчених суперконднсаторов показали, що їх електрична ємність становить близько 150 Фарад на грам, щільність зберігання енергії становить 64 вата на кілограм, а щільність електричного струму дорівнює 5 амперам на грам. Всі ці характеристики порівнянні з аналогічними характеристиками літій-іонних акумуляторів, щільність енергії зберігання яких становить від 100 до 200 Ват на кілограм. Але у цих суперконденсаторів є одна величезна перевага, вони можуть повністю зарядитися або повністю віддати весь накопичений заряд всього за 16 секунд. І це є найшвидшим часом заряду-розряду на сьогоднішній день.
Цей набір значних характеристик, плюс нескладна технологія виготовлення графенових суперконденсаторів можуть послужити виправданням заявою дослідників, які написали, що їх "графенові суперконденсаторные пристрою акумулювання енергії вже прямо зараз готові для масового виробництва і можуть з'явитися в найближчих поколіннях електричних автомобілів".