Суперконденсаторы из графена — конец эры аккумуляторов?

Скорость зарядки аккумуляторов все еще остается одним из сдерживающих факторов, который не позволяет в полной мере ощутить все преимущества использования электрокаров, ноутбуков, смартфонов и прочих устройств, работающих на электрической энергии. Над проблемой ускорения зарядки работает не одна группа ученых, и некоторые из них добились определенных результатов. В частности, американские ученые предлагают использовать микромасштабные суперконденсаторы или ионисторы на основе графена, что позволит сократить время зарядки в тысячи раз. Исследованиями в данной области занялись профессор биохимии Ричард Канер из UCLA, а также его ученик, а на данный момент уже коллега — Махер Эль-Кади.

По словам Канера, наибольшую проблему представляют сегодня интеграционные процессы модулей хранения энергии в электронные схемы конкретных устройств. Для хранения электроэнергии используются обычно довольно объемные конструктивные элементы, которые практически не совместимы с ультракомпактными микросхемами. Для решения этой проблемы было решено использовать графен, материал, который состоит из слоя углерода, толщиной в один атом. Внутреннее строение графена представляет собой двумерную кристаллическую решётку, а одним из уникальных свойств этого материала является максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов. Кроме того, у графена высокая механическая жесткость и невероятная теплопроводность.

Ученым удалось найти весьма нетрадиционный способ создания ионисторов, в котором непосредственное участие принимает оптический DVD-привод с технологией LightScribe, которая позволяет наносить изображение на нерабочую поверхность дисков. Каким же образом происходит создание графеновых ионисторов? Обычный диск покрывается слоем оксида графита, расположенного на пластиковой подложке. Далее при помощи пишущего DVD происходит процесс рисования электродов ионистора, путем превращения под лучом лазера оксида графита в графен. В результате, получаются суперконденсаторы, которые состоят из многочисленных чередующихся электродов, расположенных в одной плоскости и разделенных диэлектриком. Им нипочем значительные внешние воздействия, благодаря чему они могут быть внедрены в гибкие дисплеи, электронную бумагу, мобильные гаджеты и т.д. Кроме того, подобная схема без труда выдерживает множественные циклы зарядки, а скорость ее изготовления и прочие затраты просто ничтожны по сравнению с традиционными технологиями. Так, всего за полчаса ученые смогли создать более ста графеновых ионисторов на поверхности всего лишь одного диска. Благодаря большой энергоемкости, подобные устройства смогут в будущем полностью вытеснить нынешние аккумуляторы, которые имеют массу недостатков, в том числе и с точки зрения экологии. Заманчиво использование подобной технологии и в солнечной энергетике, где суперконденсаторы могли бы стать частью солнечных батарей и накапливать энергию во время светового дня.