Конденсатор – это устройство, с помощью которого можно запасти
определенный электрический заряд. Одна из разновидностей конденсаторов -
суперконденсаторы, также известные как электрохимические конденсаторы,
принцип действия которых основан на формировании двойного электрического
слоя на границе между полупроводником и электролитом при условии
приложенного внешнего напряжения. Еще в 2006 году была предложена идея
создания подобных суперконденсаторов из графена, материала,
представляющего собой одноатомные листы углерода, формирующего
гексагональную кристаллическую решетку. С тех пор ученые с разных концов
планеты предлагают различные конструкции устройств, позволяющие
увеличить плотность запасаемой энегии.
Новая конструкция суперконденсатора, предложенная специалистами из
Nanotek Instruments Inc. (США), имеет электроды, состоящие из графена с
примесями повышающего проводимость ацетилена и связующего вещества PTFE.
В качестве электролита использовалось вещество, известное в
электрохимии как EMIMBF4. К слову, именно эта научная группа в 2006 году
впервые предположила, что графен в принципе может использоваться для
создания подобных устройств. В результате применения указанных веществ
ученые создали в защитной камере конденсаторы размерами не больше
монеты.
Энергетическая плотность полученного устройства по порядку сравнима с
никель-металлогидридными батареями. Если говорить о цифрах, то
плотность энергии в созданном устройстве – порядка 85,6 Вт*час/кг при
комнатной температуре и порядка 136 Вт*час/кг при 80 градусах по шкале
Цельсия. Однако, как было отмечено выше, устройство имеет громадное
преимущество по сравнению с привычными батареями, заключающееся в том,
что оно может быть заряжено и разряжено чрезвычайно быстро. Сами
разработчики считают свое творение настоящим технологическим прорывом.
Возможность быстрого заряда означает, что в будущем подобная конструкция
может использоваться для питания мобильных телефонов и другой
пользовательской портативной техники.
В настоящее время группа продолжает работу. Основная цель ученых –
дальнейшее повышение плотности запасенной энергии. Их цель – создать
устройства, способные хранить как минимум столько энергии, сколько
запасают литий-ионные батареи (при том же весе), но для которых возможна
перезарядка всего за несколько минут.
Стоит напомнить, что на момент создания первого электрохимического
конденсатора на базе графена была установлена теоретически-доступная
плотность заряда в 550 Фарад на грамм веса устройства. И, несмотря на
достаточно малую массу одноатомных листов графена, эта плотность до сих
пор не была достигнута на практике. В качестве основной причины ученые
указывают явление «слипания» отдельных листов графена между собой. Таким
образом, в качестве одного из направлений дальнейшей работы ученым
представляется поиск способов исключить данный факт. Группа из Nanotek
Instruments Inc., в частности, предполагает, что добиться этого можно,
используя искривленные листы графена, вместо плоских.
