Прорыв в инженерии графена: суперконденсаторы приблизились к аккумуляторам по энергоёмкости

Что произошло

Инженеры переработали графеновые структуры в сильно изогнутые, проводящие ионные сети, в которых ионы перемещаются быстрее и эффективнее, чем в классических пористых углеродных электродах. Ключевым шагом стала новая методика термической обработки, открывающая существенно бо́льшую долю углеродной поверхности для хранения заряда.

«Мы показали, что можно задействовать большую часть поверхности углерода, просто изменив способ теплового отжига», — сообщил профессор Майнак Маджумдер, директор центра передового производства двумерных материалов ARC Hub AM2D.

Почему это важно

Суперконденсаторы используют электростатическое накопление заряда, в отличие от химических процессов в батареях, поэтому способны заряжаться значительно быстрее и отдавать энергию без задержки. Главной инженерной проблемой оставалась низкая доля полезной площади углеродной поверхности. Представленный материал устраняет это ограничение, выводя устройства к энергоёмкости, сравнимой со свинцово-кислотными батареями, при многократном выигрыше в скорости зарядки и отдаваемой мощности.

Потенциальные сферы применения:

• электромобили и другой транспорт высокой мощности,
• буферные системы стабилизации сетей,
• мобильная и бытовая электроника,
• тяговые модули без необходимости «медленной» химической зарядки.

Технология: материал M-rGO

В основе — многомасштабный восстановленный оксид графена M-rGO, созданный из природный графит, который является широкодоступным сырьём в Австралии. Быстрый термический отжиг сформировал криволинейную графеновую архитектуру с предсказуемыми ионными каналами, что резко ускорило диффузию заряженных частиц.

Результаты в пакетных ячейках

При интеграции в многослойные («пакетные») устройства исследователи зафиксировали:

• объёмная плотность энергии — 99,5 Вт·ч/л в ионно-жидких электролитах,
• объёмная плотность мощности — 69,2 кВт/л,
• стабильная быстрая зарядка, с сохранением ресурса при многократных циклах.

Эти характеристики делают прототипы одними из самых мощных углеродных суперконденсаторных устройств в истории, отметил соавтор работы, научный сотрудник ARC AM2D Hub доктор Петар Йованович.

Коммерциализация уже началась

К выводу технологии на рынок подключилась компания Ionic Industries. По словам технического директора Иллиппа Айтчисона, предприятие уже выпускает промышленные партии графеновых материалов, а также ведёт кооперацию с производителями решений для электрического накопления энергии.

«Сейчас мы производим коммерческие объёмы этого графенового сырья и тестируем его в рыночных сценариях, где критичны высокая энергия и мгновенная отдача», — заявил Айтчисон.

Кто поддержал проект

Работа получила грантовую и промышленную поддержку:

• Автономное финансирование от Австралийский исследовательский совет,
• научную инфраструктуру ARC Hub AM2D,
• и спонсирование испытаний со стороны Офис научных исследований ВВС США.

Проект соответствует стратегической программе Университета Монаш по развитию материалов для низкоуглеродной энергетики и промышленной масштабируемости передовых 2D-структур.

Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!