Графеновые суперконденсаторы в электромобилях

Нравится вам это или нет, но эра электрических автомобилей неуклонно приближается. И в настоящее время только одна технология сдерживает прорыв и захват рынка электромобилями, технология аккумулирования электрической энергии. Несмотря на все достижения ученых в этом направлении, большинство электрических и гибридных автомобилей имеют в своей конструкции литий-ионные аккумуляторные батареи, которые имеют свои положительные и отрицательные стороны, и могут обеспечить пробег автомобиля на одном заряде на небольшую дистанцию, достаточную лишь для перемещений в городской черте.

Все ведущие мировые автопроизводители понимают эту проблему и занимаются поисками повышения эффективности электрических транспортных средств, чтобы увеличить дальность поездки на одном заряде аккумуляторных батарей.

Одним из направлений улучшения эффективности является сбор и повторное использование энергии, превращающейся в тепло при торможении и при движении автомобиля по неровностям дорожного покрытия. Уже разработаны методы возврата такой энергии, но эффективность ее сбора и повторного использования крайне низка из-за малой скорости работы аккумуляторных батарей. Времена торможения обычно исчисляются секундами и это слишком быстро для аккумуляторных батарей, на зарядку которых требуются часы времени. Поэтому для аккумулирования «быстрой» энергии требуются другие подходы и аккумулирующие устройства, на роль которых больше всего походят конденсаторы большой емкости, так называемые суперконденсаторы.

Несмотря на то, что суперконденсаторы способны быстро заряжаться и разряжаться, их емкость пока относительно низка. Помимо этого, их надежность также оставляет желать лучшего, материалы, используемые в электродах суперконденсаторов, разрушаются в результате многократных циклов заряда-разрядки. А это вряд ли допустимо с учетом того, что за всю жизнь электрического автомобиля количество циклов работы суперконденсаторов должно составлять миллионы раз.

У Сэнтэкумэра Кэннэппэна (Santhakumar Kannappan) и у группы его коллег из Института науки и техники, Кванджу, Корея, имеется решение вышеописанной проблемы, основой которого является один из наиболее удивительных материалов современности — графен. Корейские исследователи разработали и изготовили опытные образцы высокоэффективных суперконденсаторов на основе этого материала, емкостные параметры которых не уступают параметрам литий-ионных аккумуляторных батарей, но которые способны очень быстро накапливать и отдавать свой электрический заряд.

Графеновый суперконденсатор

Помимо этого, даже опытные образцы графеновых суперконденсаторов способны выдержать без потери своих характеристик многие десятки тысяч рабочих циклов. Уловка, которая позволила добиться столь внушительных показателей, заключается в получении особой формы графена с огромной площадью эффективной поверхности. Исследователи получили такую форму графена, смешав частицы окиси графена с гидразином в воде и размельчив все это с помощью ультразвука. Получившийся порошок был упакован в виде дискообразных таблеток и высушен при температуре 1400 С и при давлении 300 кг/см в течение пяти часов.

Получившийся материал получился очень пористым, у одного грамма такого графенового материала эффективная площадь соответствует площади баскетбольной площадки. Помимо этого, его пористая природа позволяет ионной электролитической жидкости заполнить  весь объем материла, что приводит к увеличению емкости суперконденсатора.

Измерение характеристик опытных суперконднсаторов показали, что их электрическая емкость составляет около 150 Фарад на грамм, плотность хранения энергии составляет 64 ватта на килограмм, а плотность электрического тока равна 5 амперам на грамм. Все эти характеристики сопоставимы с аналогичными характеристиками литий-ионных аккумуляторов, плотность энергии которых составляет от 100 до 200 Ватт на килограмм. Но у этих суперконденсаторов имеется одно огромное преимущество, они могут полностью зарядиться или полностью разрядиться всего за 16 секунд. И это время является самым быстрым временем заряда-разрядки на сегодняшний день.

Этот набор характеристик, плюс несложная технология изготовления могут послужить оправданием заявлению исследователей, которые написали, что их «графеновые суперконденсаторные устройства аккумулирования энергии уже прямо сейчас готовы для массового производства и могут появиться в ближайших поколениях электрических автомобилей».

Один ответ на Графеновые суперконденсаторы в электрических автомобилях

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *