Мир железа Батарейки в прошлом: новый суперконденсатор для хранения энергии

Батарейки в прошлом: новый суперконденсатор для хранения энергии




Ученые университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) и египетские ученые совершенно случайно нашли новый способ хранения полученной энергии. Этим недостающим звеном для солнечной энергетики, гидро- и электромобилей может стать быстрая, маленькая, биоразлогаемая аккумуляторная батарея.

Пенициллин, тефлон, микроволновые печи, даже суперклей были изобретены случайно. А теперь очередь графенового супер-конденсатора, который может стать самым значительным случайным открытием века – открытие, которое может полностью изменить способ хранения энергии. Группа исследователей из Калифорнийского университета под руководством химика Ричарда Канера (Richard Kaner) использовали промышленную установку для записи DVD для производства листов из углеродного материала, известного как графен.

«Инцидент» произошел когда выпускник Каирского университета Махер эль-Кади (Maher El-Kady) соединил проволокой небольшой кусочек графена со светодиодом и обнаружил, что эта конструкция работает как супер-конденсатор, способный хранить значительное количество электроэнергии. Их структурированный лазером графен идеально подходит в качестве супер-конденсатора частично из-за своей огромной площади поверхности, 1520 квадратных метров на грамм. Два года назад на страницах FacePla.net мы писали об открытии уникального свойства графена, как известно, наука не стоит на месте.

«На ранних этапах исследования мы изобрели способ превращения оксида графита в графен с помощью устройств для записи DVD с технологией LightScribe, установленных в наших компьютерах», рассказывает Махер. «Микроскопический анализ показал, что производимый графен хорошо отслаивается без какого-либо слипания».

Лазер, при помощи технологии LightScribe, создает электроды с открытой атомной структурой, что уменьшает путь диффузии ионов электролита, позволяя быструю зарядку большой плотности.



«Мы также обнаружили у материала чрезвычайно высокую площадь поверхности с показателем более чем 1500 кв.м/г, что потенциально полезно для хранения заряда высокой емкости», сказал Эль Кади.

«Вдобавок ко всему, полученный графен обладает прекрасной электропроводимостью, что является еще одним ключевым свойством для суперконденсаторов высокой плотности. Мы считаем, что этот материал прекрасно подойдет для создания высоко эффективных суперконденсаторов».

Для демонстрации идеи их исследовательской группы, проф. Ричарду Б. Канеру, Эль Кади соорудил устройство и с его помощью зажег светодиод.

«Мне было необходимо немного электролита для того, чтобы создать устройство, а так как создание батареек и суперконденсаторов не является первично задачей нашей лаборатории, мне пришлось разместить заказ на покупку электролита», продолжает Эль Кади. «Однако, я был настолько вдохновлен, что хотел сделать все немедленно. Так что, поискав немного в лаборатории, я нашел старую бутылку с электролитом, я думаю, примерно 10-ти летней давности, однако я решил, что это должно сработать. Я собрал устройство и зарядил его в течение буквально пары секунд. И что удивительно, этого оказалось достаточно, чтобы зажечь светодиод».

Испытания устройства показали сверхвысокие значения плотности заряда при применении различных электролитов, при этом сохранялись высокая плотность и стабильность цикла зарядки суперконденсатора.

«Мы протестировали устройство в течении более 10000 циклов заряда/разряда, при этом все характеристики сохранили более 97% от первоначальных значений», говорит Эль Кади. «Это несколько контрастирует со временем жизни в 1000 циклов для традиционных перезаряжаемых батареек».



Команда также провела 4х месячные полевые испытания устройства, которые не выявили никаких признаков ухудшения его рабочих характеристик.

«Мы верим, что наше изобретение положит путь для совершенно нового класса гибких устройств для хранения энергии», добавляет ученый. «Технология найдет применение как гибкий источник питания для скатывающихся (в рулон) компьютерных дисплеев, гибких клавиатур, носимой электроники которая собирает и хранит энергию полученную от движения человеческого тела, а так же как хранилище энергии в комбинации с гибкими электрическими солнечными панелями».

Вот как это работает:

Все начиналось с чудаковатого пожилого американца, запускающего воздушных змеев, ключа и вспышки молнии. А заканчивается банкой, заполненой электричеством. Банка Бенджамина Франклина с электроэнергией, известная как Лейденская банка, является первым электрическим конденсатором.



Это примитивные электронные элементы известны как конденсатор. Лейденская банка наглядно показывает некоторые перспективные характеристики конденсаторов. Как электрические устройства хранения они чрезвычайно просты. Такой можно сделать дома самим, с помощью стеклянной банки и небольшого количества алюминиевой фольги.

Конденсаторы имеют некоторые преимущества по сравнению с литиевым, никель-металлогидридным аккумулятором и другими химическими батареями. Батареи преобразовывают электрическую энергию из химической и в химическую энергию. Но конденсаторы хранят электрический заряд в виде избыточных электронов на обратной стороне пластин.

Таким образом, конденсаторы не содержат едкие смеси кислот, щелочей и токсичных металлов, что обычно содержится в батарее.

Конденсаторы можно также заряжать много раз, и заряжаются они очень быстро. Некоторые из танталовых и электролитических конденсаторов могут находиться внутри вашего компьютера, заряжаясь и разряжаясь миллионы раз, пока вы читаете эту статью.

Если же конденсаторы такие замечательные, то почему их не используют вместо аккумуляторов электрических автомобилей, в ноутбуках и мобильных телефонах? Проблема в том, что конденсаторы не в состоянии хранить очень много энергии. Ионно-литиевые батареи размером с Лейденскую банку могут хранить в 500 раз больше энергии, чем традиционный конденсатор.

Но конденсаторы претерпели изменения в лучшую сторону, со времен Бенджамина Франклина. Графеновый конденсатор, который создали калифорнийские ученые, вмещает в себя в 4 миллиона раз больше энергии, чем Лейденская банка
Так как рабочее напряжение графенового суперконденсатора намного ниже, то плотность хранимой энергии всего лишь в 40000 раз выше, чем в Лейденской банке, однако этот показатель уже гораздо ближе к плотности энергии в химической батарее.

А такой расклад может изменить все.

13.03.2013
http://gooodnews.ru/content/view/3675/2/
http://www.facepla.net/index.php/the-news/1-latest-news/3390-supercapacitador​