Новый гибкий суперконденсатор может зарядить электромобили за 10 минут

Исследователи создали гибкий суперконденсатор, который обеспечивает как высокую плотность мощности, так и высокую плотность энергии. Он не демонстрирует ухудшения производительности даже при изгибе на 180 градусов. Он может сохранить 97,8% своей мощности после 5000 циклов.

Суперконденсаторы являются перспективными электрохимическими устройствами хранения энергии для мобильных источников питания. Они сокращают разрыв между перезаряжаемыми батареями и электролитическими конденсаторами.

Хотя они могут обеспечивать безопасную работу, высокую плотность мощности и длительный срок службы, их практическое применение ограничено их низкой плотностью энергии.

Теперь исследователи из Университетского колледжа Лондона и Китайской академии наук разработали гибкий суперконденсатор, который быстро и безопасно заряжается и накапливает невероятное количество энергии для использования в течение длительного периода времени.

В отличие от существующих мощных конденсаторов, он может хранить большой объем энергии в крошечном пространстве. Хотя устройство все еще находится на начальной стадии своего развития, оно продемонстрировало большой потенциал в качестве портативной мощности во многих приложениях, таких как смартфоны, носимые технологии и электромобили.

Этот недавно разработанный суперконденсатор может использоваться как наряду с существующими аккумуляторными батареями, так и в качестве их замены для обеспечения большего количества энергии.

Он не содержит жидкого электролита (который сводит к минимуму риск взрыва) и может изгибаться до 180 градусов без ухудшения характеристик. Эти функции делают его идеальным кандидатом для интеграции в носимые устройства и гибкие смартфоны.

Оптимизированный материал

Исследовательская группа построила новую конструкцию, которая использует специализированный графеновый электродный материал с порами. Размер пор может быть изменен для эффективного хранения заряда. Они испытали материал в нескольких конфигурациях и обнаружили, что устройство работает лучше всего, когда размеры пор равны диаметру ионов в электролите.

Такая настройка дает новому суперконденсатору две характеристики:

1. Высокая плотность мощности: как быстро он может заряжать/разряжать.
2. Высокая плотность энергии: как долго он может работать.

В отличие от этого, существующие суперконденсаторы демонстрируют только одну из этих характеристик.

Максимальная плотность энергии суперконденсатора достигает 88,1 Вт/ч на литр (Вт/л) — самая высокая плотность энергии, достигнутая на сегодняшний день углеродным суперконденсатором.

Существующие свинцово-кислотные батареи, используемые в электромобилях, имеют плотность энергии 50-90 Вт/л, тогда как коммерческая технология быстрой зарядки обычно имеет 5-8 Вт/л.

Хотя плотность энергии нового суперконденсатора сравнима с плотностью свинцово-кислотных батарей, его удельная мощность составляет 10000 Вт на литр — на два порядка выше, чем у стандартных свинцово-кислотных батарей.

Суперконденсатор 6 см * 6 см не демонстрирует снижения производительности, даже когда он изогнут на 180 градусов. Кроме того, он может сохранить 97,8% своей емкости после 5000 циклов.

Достижение такого компактного накопления энергии представляет собой значительный шаг к практическому применению суперконденсаторов. Возможность быстрой зарядки, отличная гибкость и долговечность делают его идеальным кандидатом для портативного источника питания в миниатюрной электронике и электромобилях. Представьте, что вы заряжаете свой телефон через пару минут или заряжаете свой электрический автомобиль в течение десяти минут.

На данный момент этот суперконденсатор находится далеко от коммерциализации. Команда работает над дальнейшим улучшением его дизайна и эффективности.

Источник: Nature Energy | UCL