Заряд за минуты, выносливость на десятилетия: графен превратил суперконденсаторы в убийц батарей

Инженеры из Монашского университета представили новый углеродный материал для суперконденсаторов, который может заметно изменить подход к хранению энергии. Разработка позволяет сочетать энергоёмкость на уровне аккумуляторов со скоростью отдачи мощности, присущей конденсаторам. Обычно эти параметры противоречат друг другу: батареи хранят много, но отдают медленно, а конденсаторы быстры, но ограничены в запасе энергии. Здесь удалось совместить оба качества в одном устройстве, что открывает перспективы для транспорта на электротяге, устойчивости энергосетей и бытовой электроники.

Секрет кроется в архитектуре материала, которую исследователи назвали многоуровневым восстановленным оксидом графена (M-rGO). Его делают из природного графита, доступного в Австралии в больших объёмах. При быстром термическом отжиге формируются изогнутые графеновые структуры с продуманными каналами, по которым ионы двигаются без задержек. Такая форма значительно увеличивает доступную поверхность и позволяет использовать её почти полностью. В результате суперконденсаторы на основе M-rGO не только хранят энергию, сравнимую со свинцово-кислотными аккумуляторами, но и выдают её гораздо быстрее.

По словам профессора Майнака Маджумдера, возглавляющего исследовательский хаб ARC AM2D, команда показала, что простое изменение режима нагрева может радикально расширить полезную площадь карбоновых материалов. Его коллега доктор Петр Йованович уточняет, что в ионно-жидкостных электролитах получена объёмная энергоёмкость до 99,5 ватт-часа на литр и мощность до 69,2 киловатта на литр. Такие показатели сегодня входят в число лучших среди углеродных суперконденсаторов . Кроме того, устройства быстро заряжаются и выдерживают множество циклов без заметной деградации.

Немаловажно и то, что процесс подходит для масштабного производства и не требует дефицитного сырья. Наоборот, он ориентирован на использование австралийского графита, что упрощает коммерческое внедрение. Именно этим занимается спин-оф университета Ionic Industries. Технический директор компании доктор Филлип Эйчисон говорит, что они уже выпускают промышленные партии материала и сотрудничают с партнёрами в области хранения энергии. В первую очередь речь идёт о применении в электромобилях, дронах и электронике, где ценится и запас, и скорость.

Проект поддержан Австралийским исследовательским советом и Управлением научных исследований ВВС США. Для университета это часть долгосрочной программы по созданию новых материалов, которые помогут перейти к низкоуглеродной энергетике. В целом работа показывает: если объединить правильную архитектуру графена и продуманные методы обработки, суперконденсаторы могут выйти за рамки привычных ограничений и занять место в тех областях, где до сих пор доминировали аккумуляторы.