Графеновые электроды открывают перед суперконденсаторами коммерческие перспективы

Электрохимические конденсаторы (EC), известные также под названиями супер– или ультраконденсаторы, отличаются от обычных конденсаторов повышенной емкостью, а от аккумуляторов – тем, что заряжаются и отдают заряд существенно быстрее.

Однако, суперконденсаторы пока еще не могут конкурировать с батареями по обеспечиваемой плотности энергии. Для решения этой проблемы требуются новые электроды, сочетающие высокую проводимость с увеличенной площадью доступной поверхности.

В Калифорнийском университете Лос-Анджелеса (UCLA) при поддержке Калифорнийского института наносистем разработали методику получения перспективных электродов, которые состоят из одноатомного слоя углерода – графена. Процесс заключается в покрытии DVD-диска плёнкой оксида графита и последующей обработке лазером в стандартном записывающем приводе DVD LightScribe с получением графена.

Лазер LightScribe вызывает одновременное сжатие и расслоение графитового оксида создавая открытую структуру плоских листов Laser Scribed Graphene (LSG). В традиционно применяемом для электродов активированном угле большая часть поверхности находится в порах, что затрудняет диффузию ионов. Графеновый электрод обладает хорошо доступными плоскими поверхностями и позволяет минимизировать диффузионный путь ионов электролита.

Устройства, использующие электроды LSG, в экспериментах демонстрируют такую же емкость, как и обычные аккумуляторы, но зарядка и разрядка происходят в сотни и тысячи раз быстрее, при сохранении поцикловой стабильности. Кроме того, показано, что подобные ЕС способны выдерживать значительные механические нагрузки не теряя своих электрохимических свойств. Эти свойства позволяют LSG выполнять в EC функции как активного материала, так и токоприемника, что упрощает конструкцию и снижает себестоимость изготовления суперконденсаторов.

В экспериментальном прототипе исследователи также заменили обычный жидкий электролит на материал на базе полимерного геля. Он одновременно служит сепаратором и позволяет ещё более упростить изготовление устройства, уменьшить его толщину и массу.

Результаты работы изложены с публикации в журнале Science.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365