Графеновые суперконденсаторы, созданные корейскими инженерами, готовы к использованию в электрических автомобилях. Графеновый суперконденсатор

Графеновые суперконденсаторы, созданные корейскими инженерами, готовы к использованию в электрических автомобилях

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 лишь на небольшую дистанцию, достаточную лишь для перемещений в городской черте. Все ведущие мировые автопроизводители понимают эту проблему и занимаются поисками методов увеличения эффективности электрических транспортных средств, что позволит увеличить дальность поездки на одном заряде аккумуляторных батарей.

Одним из направлений повышения эффективности электрических автомобилей является сбор и повторное использование энергии, превращающейся в тепло при торможении автомобиля 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.

К сожалению, суперконденсаторы еще не готовы выйти на "большую дорогу", несмотря на то, что они способны быстро заряжаться и разряжаться, их емкость пока относительно низка. Помимо этого, надежность суперконденсаторов также оставляет желать лучшего, материалы, используемые в электродах суперконденсаторов, постоянно 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 составить много миллионов 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 графена, емкостные параметры которых не уступают параметрам литий-ионных аккумуляторных батарей, но которые способны очень быстро накапливать и отдавать свой электрический заряд. 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, у которой имеется огромная площадь эффективной поверхности. Исследователи получили такую форму графена, смешав частицы окиси графена с гидразином в воде и размельчив все это с помощью ультразвука. Получившийся графеновый порошок был упакован в дискообразных таблеток и высушен при температуре 140 градусов по шкале Цельсия и при давлении 300 кг/см в течение пяти часов.

Получившийся материал получился очень пористым, у одного грамма такого графенового материала его эффективная площадь соответствует площади баскетбольной площадки. Помимо этого, пористая природа этого материала позволяет ионной электролитической жидкости EBIMF 1 M заполнить полностью весь объем материла, что приводит к увеличению электрической 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 хранения энергии которых составляет от 100 до 200 Ватт на килограмм. Но у этих суперконденсаторов имеется одно огромное преимущество, они могут полностью зарядиться или полностью отдать весь накопленный заряд всего за 16 секунд. И это время является самым быстрым временем заряда-разрядки на сегодняшний день.

Этот набор внушительных характеристик, плюс несложная технология изготовления графеновых суперконденсаторов 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".

meandr.org

графеновый суперконденсатор емкостью 10 тысяч (!) Фарад

схема графенового суперконденсатора

Шумиха вокруг строительства Элоном Маском «Гигафабрики аккумуляторов» по производству литий-ионных батарей еще не стихла, как появилось сообщение о событии, которое может существенно скорректировать планы «миллиардера-революционера».

Речь идет о недавнем пресс-релизе компании Sunvault Energy Inc., которой совместно с Edison Power Company удалось создать крупнейший в мире графеновый суперконденсатор емкостью 10 тысяч (!) Фарад.

Цифра эта столь феноменальна, что у отечественных специалистов вызывает сомнение – в электротехнике даже 20 Микрофарад (то есть 0,02 Миллифарад), это немало. Сомневаться, однако, не приходится — директором Sunvault Energy является Билл Ричардсон, экс-губернатор штата Нью-Мексик и бывший министр энергетики США. Билл Ричардсон – человек известный и уважаемый: он служил послом США в ООН, проработал несколько лет в аналитическом центре Киссинджера и МакЛарти, а за свои успехи в освобождении американцев, оказавшихся в плену у боевиков в разных «горячих точках», даже выдвигался на Нобелевскую премию мира. В 2008 году он был одним из кандидатов от Демократической партии на пост президента США, но уступил Б.Обаме.

Сегодня Sunvault бурно развивается, создав совместное предприятие c Edison Power Company под названием Supersunvault, а в совет директоров новой фирмы вошли не только ученые (один из директоров – биохимик, еще один – предприимчивый онколог), но и известные люди с хорошей деловой хваткой. Отмечу, что только за последние два месяца фирма повысила емкость своих суперконденсаторов в десять раз – с тысячи до 10 000 Фарад, и обещает повысить ее еще больше, чтобы накопленной в конденсаторе энергии хватало для электроснабжения целого дома, то есть – Sunvault готова выступить прямым конкурентом Элона Маска, планирующего выпуск супербатарей типа Powerwall с емкостью порядка 10 КВт-ч.

Преимущества графеновой технологии и конец «Гигафабрики».

Здесь нужно напомнить о главном отличии конденсаторов от аккумуляторов – если первые быстро заряжаются и разряжаются, но накапливают мало энергии, то аккумуляторы – наоборот. Отметим основные преимуществоа графеновых суперконденсаторов.

1. Быстрая зарядка — конденсаторы заряжаюются примерно в 100-1000 раз быстрее аккумуляторов.

2. Дешевизна: если обычные литий-ионные батареи стоят порядка 500 долларов за 1 КВт-ч накапливаемой энергии, то суперконденсатор – всего 100, а к концу года создатели обещают снизить стоимость до 40 долларов. По своему составу это обычный углерод — один из самых распространенных на Земле химических элементов.

3. Компактность и плотность энергии. Новый графеновый суперконденсатор поражает не только своей фантастической емкостью, превосходящей известные образцы примерно в тысячу раз, но и компактностью – по размерам он с небольшую книгу, то есть раз в сто компактнее использующихся ныне конденсаторов на 1 Фарад.

4. Безопасность и экологичность. Они значительно безопаснее аккумуляторов, которые греются, содержат опасную химию, а иногда еще и взрываются.Сам графен является биологически разложимым веществом, то есть на солнце он просто распадается и экологию не портит. Он химически неактивен и экологию не портит.

5. Простота новой технологии получения графена. Громадные территории и капиталовложения, масса рабочих, ядовитые и опасные вещества, используемые в технологическом процессе литий-ионных батарей – все это резко контрастирует с поразительной простотой новой технологии. Дело в том, что графен (то есть тончайшая, одноатомная пленка углерода) в компании Sunvault получают… с помощью обычного СD-диска, на который наливается порция взвеси графита. Затем диск вставляется в обычный DVD-привод, и прожигается лазером по специальной программе – и слой графена готов! Сообщается, что открытие это было сделано случайно – студентом Махером Эль-Кади, работавшим в лаборатории химика Ричарда Канера. Затем он прожег диск, используя программу LightScribe, и получил на выходе слой графена.

Более того, по заявлению исполнительного директора Sunvault Гэри Монахана на конференции на Уолл-Стрит, фирма работает над тем, чтобы графеновые накопители энергии можно было изготавливать обычной печатью на 3Д-принтере – а это сделает их производство не только копеечным, но и практически общедоступным. А в сочетании с недорогими солнечными панелями (сегодня их стоимость снизилась до 1,3 доллара за Вт), графеновые суперконденсаторы дадут миллионам людей шанс обрести энергетическую независимость, вообще отключившись от сетей электроснабжения, и даже более того – самим стать поставщиками электроэнергии, разрушая «естественные» монополии.

Таким образом, сомневаться не приходится: графеновые суперконденсаторы — это революционный прорыв в области накопления энергии. И это плохая новость для Элона Маска – строительство завода в Неваде обойдется ему примерно в 5 миллиардов долларов, «отбить» которые даже без таких конкурентов было бы непросто. Похоже, что если строительство завода в Неваде уже ведется, и вероятно, будет завешено, то остальные три, которые запланировал Маск – вряд ли будут заложены.

Выход на рынок? Не так скоро, как хотелось бы.

Революционность подобной технологии очевидна. Неясно другое – когда она выйдет на рынок? Уже сегодня громоздкий и дорогостоящий проект «Гигафабрики» литий-ионных Элона Маска выглядит динозавром индустриализма. Однако какой бы революционной, нужной и экологически чистой ни бала новая технология, это еще не значит, что она придет к нам за год-два. Мир капитала не может избежать финансовых потрясений, но довольно успешно избегает технологических. В подобных случаях начинают работать закулисные договоренности между крупными инвесторами и политическими игроками. Стоит напомнить, что Sunvault – это фирма, расположенная в Канаде, а в совет директоров входят люди, которые хотя и обладают обширными связями в политической элите Соединенных Штатов, но все же не входят в ее нефтедолларовое ядро, более или менее явная борьба с которым, видимо, уже началась.

Что для нас наиболее важно, это возможности, которые открывают возникающие энергетические технологии: энергетическая независимость для страны, а в перспективе – и для каждого ее гражданина. Конечно, графеновые суперконденсаторы — это скорее «гибридная», переходная, технология, она не позволяет непосредственно получать энергию, в отличие от магнито-гравитационных технологий, которые обещают полностью изменить саму научную парадигму и облик всего мира. Наконец, есть революционные финансовые технологии, которые фактически табуированы глобальной нефтедолларовой мафией. И все же это весьма впечатляющий прорыв, тем более интересный, что он происходит в «логове нефтедолларового Зверя» — в Соединенных Штатах.

Всего полгода назад я писал об успехах итальянцев в технологии холодного ядерного синтеза, но за это время мы узнали о впечатляющей LENR-технологии американской компании SolarTrends, и о прорыве германской Gaya-Rosch, а теперь – и о действительно революционной технологии графеновых накопителей. Даже этот краткий перечень показывает, что проблема не в том, что у нашего, или у какого-либо иного правительства нет возможностей уменьшить счета, которые мы получаем за газ и электроэнергию, и даже не в непрозрачном расчете тарифов.

Корень зла – в неведении тех, кто платит по счетам, и нежелании что-то менять у тех, кто их выписывает. Лишь для обывателей энергия, это электричество. В действительности энергия — это власть.

Графеновые суперконденсаторы: австралийский прорыв

Научное издание Science сообщило о технологическом прорыве, совершенном австралийскими учёными в области создания суперконденсаторов.

Сотрудникам Университета Монаша, расположенного в городе Мельбурн, удалось изменить технологию производства суперконденсаторов, изготавливаемых из графена, таким образом, что на выходе получены изделия с более высокой коммерческой привлекательностью, чем аналоги, существовавшие ранее.

Специалисты уже давно говорят о волшебных качествах суперконденсаторов на основе графена, а испытания в лабораториях не раз убедительно доказывали тот факт, что они лучше обычных. Такие конденсаторы с приставкой «супер» ждут создатели современной электроники, автомобильные компании и даже строители альтернативных источников электроэнергии.

Огромнейший по срокам цикл жизнедеятельности, а также способность суперконденсатора зарядиться за максимально короткий промежуток времени позволяют конструкторам решать с их помощью сложные задачи при проектировании разных устройств. Но на пути триумфального шествия графеновых конденсаторов до этого времени стоял низкий показатель их удельной энергии. В среднем ионистор или суперконденсатор имел показатель удельной энергии порядка 5―8 Вт*ч/кг, что на фоне быстрой разрядки делало графеновое изделие зависимым от необходимости очень часто обеспечивать подзарядку.

Австралийские сотрудники кафедры изучения производства материалов из Мельбурна, руководимые профессором Дэном Ли, сумели 12-ти кратно увеличить удельную энергетическую плотность конденсатора из графена. Теперь этот показатель у нового конденсатора равен 60Вт*ч/кг, а это уже повод говорить о технической революции в данной сфере. Изобретатели сумели победить и проблему быстрой разрядки графенового суперконденсатора, добившись того, что он теперь разряжается медленнее, чем даже стандартный аккумулятор.

Как устроены графеновые суперконденсаторы

<TBegin:http://tehnoobzor.com/uploads/posts/2013-08/1375897518_kak-ustroeny-grafenovye-superkondensatory.jpg||Как устроены графеновые суперконденсаторы>Как устроены графеновые суперконденсаторыКак устроены графеновые суперконденсаторы

Добиться столь впечатляющего результата учёным помогла технологическая находка: они взяли адаптивную графено-гелевую плёнку и создали из неё очень маленький электрод. Пространство между листами из графена изобретатели заполнили жидким электролитом, дабы меж ними образовалось субнанометровое расстояние. Такой электролит присутствует и в обычных конденсаторах, где он выступает в роли проводника электричества. Здесь же он стал не только проводником, но и преградой для соприкосновения между собой графеновых листов. Именно такой ход позволил достичь более высокой плотности конденсатора с одновременным сохранением пористой структуры.

Сам же компактный электрод был создан по технологии, которая знакома производителям привычной нам всем бумаги. Данный способ достаточно дёшев и прост, что позволяет с оптимизмом смотреть на возможность коммерческого производства новых суперконденсаторов.

Журналисты поспешили заверить мир, что человечество получило стимул к разработке совершенно новых электронных устройств. Сами же изобретатели устами профессора Ли пообещали помочь графеновому суперконденсатору очень быстро преодолеть путь из лаборатории на завод.

Графеновые суперконденсаторы, созданные корейскими инженерами, готовы к использованию в электрических автомобилях

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 графена, емкостные параметры которых не уступают параметрам литий-ионных аккумуляторных батарей, но которые способны очень быстро накапливать и отдавать свой электрический заряд. Помимо этого, даже опытные образцы графеновых суперконденсаторов способны выдержать без потери своих характеристик многие десятки тысяч рабочих циклов.2Уловка, которая позволила добиться столь внушительных показателей, заключается в получении особой формы графена, у которой имеется огромная площадь эффективной поверхности. Исследователи получили такую форму графена, смешав частицы окиси графена с гидразином в воде и размельчив все это с помощью ультразвука. Получившийся графеновый порошок был упакован в дискообразных таблеток и высушен при температуре 140 градусов по шкале Цельсия и при давлении 300 кг/см в течение пяти часов.

Графен, изготовленный при помощи лазера - идеальный вариант для производства тонких и гибких суперконденсаторов

Группа ученых из университета Райс (Rice University) приспособили разработанный ими метод производства графена при помощи лазера для изготовления электродов суперконденсаторов.

С момента его открытия графен, форма углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину, помимо всего прочего рассматривался в качестве альтернативы электродам из активированного угля, используемым в суперконденсаторах, конденсаторах с большой емкостью и малыми токами собственной утечки. Но время и проведенные исследования показали, что графеновые электроды работают не намного лучше, чем электроды из микропористого активированного угля, и это послужило причиной снижения энтузиазма и сворачивания ряда исследований.

Тем не менее, графеновые электроды обладают некоторыми неоспоримыми преимуществами по сравнению с электродами из пористого углерода.

Графеновые суперконденсаторы могут работать на более высоких частотах, а гибкость графена позволяет создавать на его основе чрезвычайно тонкие и гибкие устройства аккумулирования энергии, которые как нельзя лучше подходят для использования в носимой и гибкой электронике.

Два вышеупомянутых преимущества графеновых суперконденсаторов послужили причиной для проведения очередных исследований группой ученых из университета Райс (Rice University). Они приспособили разработанный ими метод производства графена при помощи лазера для изготовления электродов суперконденсаторов.

«То, чего нам удалось добиться, сопоставимо с показателями микросуперконденсаторов, которые имеются в наличии на рынке электронных приборов» – рассказывает Джеймс Тур (James Tour), ученый, руководивший исследовательской группой, – «При помощи нашего метода мы можем получать суперконденсаторы, имеющие любую пространственную форму. При необходимости упаковать графеновые электроды на достаточно малой площади, мы просто складываем их как лист бумаги».

Для производства графеновых электродов ученые использовали лазерный метод (laser-induced grapheme, LIG), в котором луч мощного лазера нацеливается на мишень из недорогого полимерного материала.

Параметры лазерного света подобраны таким образом, что он выжигает из полимера все элементы, кроме углерода, который формируется в виде пористой графеновой пленки. Эта пористый графен, как показали исследования, обладает достаточно большим значением эффективной площади поверхности, что делает его идеальным материалом для электродов суперконденсаторов.

То, что делает результаты исследований группы из университета Райс столь привлекательными, это простота производства пористого графена.

«Графеновые электроды делаются очень просто. Для этого не требуется чистого помещения и в процессе используются обычные промышленные лазеры, которые успешно работают в цехах заводов и даже на открытом воздухе» – рассказывает Джеймс Тур.

Кроме простоты производства, графеновые суперконденсаторы показали весьма впечатляющие характеристики. Эти устройства накопления энергии выдержали без потери электрической емкости тысячи циклов заряда-разряда. Более этого, электрическая емкость таких суперконденсаторов практически не изменилась после того, как гибкий суперконденсатор был деформирован 8 тысяч раз подряд.

«Мы продемонстрировали, что разработанная нами технология позволяет производить тонкие и гибкие суперконденсаторы, которые могут стать компонентами гибкой электроники или источниками энергии для носимой электроники, которая может быть встроена прямо в одежду или в предметы повседневного использования» – рассказал Джеймс Тур.

Источник(и):

1. IEEE Spectrum

2. dailytechinfo.org

Комментарии представителей сайтов-участников nan:

Емкость всей Земли 0,8 фарады :)

Это то, что полностью решает все проблемы электромобилей. Да и вообще всего, что питается мобильными источнаками тока. Эта емкость настолько дико огромна, что позволит вообще забыть о питании. 1 фарады хватит чтобы хорошо погонять стартер.

10000 хватит на ~20 часов езды, а если таких аккумуляторов несколько, то это уже нирвана. Посмотрим, как это будет развиваться. Это походит на тот энерго-блочек, что терминатор бросил и он взорвался. Высвобождение такой энергии разом - огромной силы взрыв.

Прикольно то, что энергия заряда находится в квадратичной зависимости от напряжения. Т.е. если 12 вольтовых автомобиль проедет 20 частов, что 24 вольтовый - 400.

housersun.nethouse.ru

Суперконденсаторы, графен и техно-бум в Китае

Несмотря на популярное мнение, что западные СМИ – это пример демократичности, объективности и всеохватности, целые пласты нашей действительности они предпочитают не затрагивать. Один из них – научный и технологический бум в Китае, в частности, в сфере материалов и электроники. Несмотря на весь шум, связанный с электромобилями Тесла, и планами Элона Маска по созданию заводов, производящих батареи для домохозяйств, всего за пару лет Китай успешно обошел американцев, да и все другие страны, заняв лидирующие мировые позиции по производству суперконденсаторов – а это фактически «закрывающая» технология.

Так, по данным недавнего отчета консалтинговой фирмы «IndustryARC», занимающейся маркетинговыми исследованиями, рынок суперконденсаторов достигнет к 2020 году объема в 4 миллиарда долларов. При этом в период 2015-2020 он будет иметь среднегодовой темп роста около 35,4%. В основном рост ожидается в бытовой электронике и в автомобильной индустрии.

Напомню, что суперконденсаторы, это устройства накопления энергии, имеющие существенные преимущества перед традиционными батареями – они гораздо быстрее заряжаются, компактнее и легче. Кто может стать потребителем этих, пока еще непривычных для нас устройств? Сфера их применения очень широка. Но прежде всего, выиграют производители бытовой электроники: фотоаппаратов, мобильных телефонов, камер; медицинской техники – дефибрилляторов; в сфере энергетики – для накопления энергии ветровых турбин; на транспорте – вместо прежних громоздких аккумуляторов для автобусов. Они могут применяться для защиты электрических автомобильных батарей, могут также накапливать энергию, вырабатываемую при торможении автомобиля.

рост рынка суперконденсаторов

Хотя на первом месте в обзоре специалистов «IndustryARC» стоит бытовая электроника, они отмечают и значение транспортной отрасли. Открывается возможность перевести общественный транспорт на электрическую тягу: вместо громоздких, взрывоопасных и содержащих кислоты батарей – небольшие твердотельные конденсаторы, заряжающиеся за считанные минуты. В Китае уже запущены электроавтобусы, способные подзаряжаться во время коротких остановок.

Кто получит наибольшие выгоды от этого нового тренда? Конечно, это китайские производители. Они уже заняли добрую половину рынка. В списке лидирующих производителей числятся «Tecate Group Vinatech», «Maxwell Technologies», «Bombardier Inc», и более известная нам корпорация «Panasonic».

В свою очередь, производство быстро заряжающихся, компактных и дешевых (по сравнению с привычными литий-ионными батареями) суперконденсаторов, может стимулировать и рост рынка электромобилей, производство которых через пять лет ожидается на уровне 6 миллионов штук в год. Наиболее перспективные регионы для инвесторов сегодня это Китай, Япония и Северная Америка.

Что интересно, это связь роста рынка суперконденсаторов с ростом числа патентов в области графена (напомню, что этот необычный материал был открыт в 2004 году уроженцами России Андре Геймом и Константином Новоселовым). Так, в недавнем отчете «Graphene - The worldwide patent landscape in 2015» британского агентства по интеллектуальной собственности, число патентов, начиная с 2004 года, росло в геометрической прогрессии, и достигло в 2015 году 28 тысяч! И это еще неполные данные за этот год. Только в 2014 году патентов, касавшихся использования и производства графена было зарегистрировано более 9 тысяч.

Стоит добавить, что копия исследования графеновой индустрии Китая «Global and Chinese Graphene Industry Report, 2015-2018», подготовленного аналитическим центром «Research and Markets», базирующимся в Дублине (117 страниц, вышел 20 ноября), продается за… 2400 долларов (!)

На первом месте среди аппликантов оказалась корейская корпорация «Самсунг». Европейские страны и США остались далеко позади конкурентов из Азии. При этом доля Китая в исследованиях графена постоянно растет, и учитывая полуторагодичный временной лаг в их регистрации, то разумно предположить, делает вывод агентство, что на самом деле доля Китая составляет порядка 80%! Надо отметить и то, что Китай добился таких значительных успехов всего за пару лет, поскольку до 2010 года графеновыми технологиями там практически не занимались, что говорит о большом внимании, которое власти Поднебесной уделяют перспективным научно-прикладным исследованиям.

Суперконденсаторы – отнюдь не единственная сфера применения нового материалы. Графен может найти применение и в военной отрасли, учитывая то, что китайцы уже научились создавать крупные листы совершенно чистого графена, а он обладает уникальными механическими свойствами, позволяя создать материалы в сотни раз прочнее стали и дешевые сверхпроводники, работающие при комнатной температуре. В начале этого года уже поступили сообщения, что в Китае создан новый пеноматериал на основе графена, обладающий исключительной легкостью и прочностью, который предполагается использовать для армирования брони.

Графеновый и суперконденсаторный «хайп», при всем его значении, не должен скрывать от нас главное – утрату Старым и Новым светом былых позиций в научной и технологической сфере.

В своем предыдущем материале я уже писал о тяжелом кризисе в фундаментальных исследованиях на Западе. Отставание Запада еще и в прикладных исследованиях, водородной энергетике (в которой больших успехов добилась Япония), в космических технологиях (на фоне бурного развития этой отрасли в Китае), а теперь еще и в сфере графеновых технологий (где лидерство захватил Китай и Южная Корея), позволяет сделать вывод, что некоторое снижение темпов экономического роста в Поднебесной на фоне научно-технологического бума – это лишь временное затишье перед новым рывком.

Андрей Маклаков

congeniator.com

Графеновый суперконденсатор – быстрозаряжающаяся альтернатива аккумуляторам

В Японии изобрели элемент, до 10 крат увеличивающий энергоемкость батарей смартфонов

Ученые Nanotek Instruments и Angstron Materials разработали емкий конденсатор на основе графена, сравнительного нового материала с удивительными электрическими свойствами. Новый суперконденсатор демонстрирует энергетическую плотность 85.6 Вт-часов на 1 килограмм веса при комнатной температуре и 136 Вт-ч/кг при 80-ти градусах Цельсия.

Такая плотность сравнима с плотностью «упаковки» энергии в никель-металл-гидридный (NiMH) аккумулятор. Однако, в отличие от химического аккумулятора, графеновый суперконденсатор может заряжаться за секунды или минуты в зависимости от емкости и мощность источника.

Графен - это новое вещество с фантастическими свойствами. К самой высокой проводимости при комнатной температуре, к возможности создания транзисторов толщиной в один атом и скоростью переключения превышающей все известные технологии в десятки раз, добавляется еще и возможность создания емких и быстрых накопителей электроэнергии.

Новый суперконденсатор имеет самую высокую плотность хранения энергии для накопителей с углеродными электродами. Это открытие является настоящим прорывом в области накопления и хранения электрической энергии, которое может дать толчок ускоренному развитию электротранспорта и компактных электронных устройств.

Группа ученых под руководством Бор Джанга из Nanotek Instruments начала работу над созданием графенового конденсатора еще в 2006-м году, обосновав возможность использования графеновых электродов для создания суперконденсаторов с теоретической плотностью заряда 550 Ф/г.

Аккумуляторы будут работать без зарядки в два раза дольше

Графеновый суперконденсатор - плотность мощности-энергии

Но до сих пор исследователи не могли добиться успеха из-за того, что тонкие слои графена имели свойство «слипаться». По этой причине была разработана новая стратегия текстурированного нанесения графена на поверхность электродов.

Исходя из того, что масса электродов графенового суперкондесатора составляет от 1/4 до 1/2 общей массы, эффективная плотность электроэнергии составляет 21-48 Вт-ч/кг, что сравнимо с показателями никель-металл-гидридных аккумуляторов, которые сейчас используются в автомобилях с гибридной силовой установкой. Этот прорыв в компактных хранилищах электроэнергии может иметь очень сильное воздействие на развитие самых различных отраслей промышленности. Тем более, как утверждают ученые, производство, эксплуатация и утилизация новых суперконденсаторов имеет куда меньшие последствия для окружающей среды, чем использование химических хранилищ энергии.

Источник со ссылкой на greencarcongress.com

Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП об экологически безопасных технологиях, новой науке и научных открытиях вы можете найти там, где вам максимально удобно ВКонтакте или В Фейсбуке Если у вас неправильно отображается страница, не воспроизводится видео или нашли ошибку в тексте, пожалуйста, нажмите сюда.

ecology.md

Высокоэффективные суперконденсаторы на основе графена

На дорогах многих стран мира наблюдается появление все большего числа электрических автомобилей, не за горами эра электротранспорта. И только одна технология не позволяет электромобилям совершить прорыв и захватить рынок – это технология накопления электрической энергии. И хотя ученым удалось добиться некоторых успехов в этой области, большинство электромобилей оборудованы пока еще литий-ионными аккумуляторными батареями, которые обеспечивают пробег электромобилю на одном заряде на относительно небольшой дистанции, обычно в пределах городской черты. Понимая эту проблему, большинство ведущих мировых автопроизводителей заняты поисками методов повышения эффективности электротранспортных средств, позволяющих увеличить дальность поездки с использованием одного заряда аккумуляторных батарей.Среди путей, направленных на увеличение эффективности электромобилей, сегодня рассматривается аккумуляция и повторное использование тепловой энергии, получаемой вследствие торможения автомобиля при движении по неровным поверхностям дорожного покрытия. Однако разработанные методы использования такой энергии обеспечивают крайне низкую эффективность работы аккумуляторных батарей из-за их недостаточного быстродействия. Ведь на торможение обычно уходит несколько секунд, а на зарядку аккумуляторных батарей требуется несколько часов. Для того чтобы эффективно аккумулировать "быструю" энергию требуются другие подходы и другие аккумулирующие устройства. Наиболее подходящим устройством для этих целей рассматриваются большие емкостные конденсаторы, так называемые суперконденсаторы.Несмотря на то что суперконденсаторы способны обеспечивать быструю зарядку и отдачу энергии, их относительно низкая энергоемкость не позволила им получить широкое практическое применение. Кроме того, оставляет желать лучшего их надежность, так, из-за многократных и частых циклов заряда-разрядки постоянно разрушаются электроды суперконденсаторов.Сэнтэкумэр Кэннэппэн, ученый корейского Института науки и техники предложил решить вышеописанную проблему, используя для этого графен - наиболее удивительный материал современности. Исследователи из Кореи сумели разработать и создать опытный образец высокоэффективного суперконденсатора на основе графена. По емкостным параметрам такой суперконденсатор не уступает л

alternativenergy.ru

Графеновые суперконденсаторы

Графеновые суперконденсаторы смогут заменить аккумуляторные батареи в малогабаритных и мобильных устройствахВ современных малогабаритных и мобильных электронных устройствах для снабжения энергией в большинстве случаев используются батареи и аккумуляторные батареи, основанные на химическом методе хранения электрической энергии. Несмотря на то, что технологии батарей все время совершенствуются, принципы, заложенные в их основе, остаются неизменными в течение многих десятилетий. Но, исследовательские группы различных научных учреждений работают над созданием новых технологий аккумулирования и хранения электрической энергии, которые в недалеком будущем должны устроить буквально переворот в этой области. И к одной из таких групп можно отнести группу исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые разработали структуру и технологию изготовления графеновых суперконденсаторов.Профессор Ричард Кэнер (Richard Kaner) и его аспирант Маэр Ель-Кэди (Maher El-Kady) еще в прошлом году сообщили о разработанных ими суперконденсаторах на основе графеновой пленки, которые могут принять и отдать электрический заряд в сотни раз быстрее аккумуляторных батарей и электрическая емкость которых сопоставима с емкостью тех же аккумуляторных батарей. Сейчас же исследователи утверждают, что им удалось разработать процесс масштабируемого производства таких суперконденсаторов, что сделает их достаточно дешевыми и практичными. "Сейчас мы занимаемся поисками партнеров, которые возьмут на себя серийное промышленное изготовление наших суперконденсаторов" - рассказывает Ричард Кэнер.Разработанный исследователями процесс производства графеновых суперконденсаторов чрезвычайно прост. На поверхность обычного DVD-диска наносится слой специального эластичного пластика, на который осаждается слой окиси графита. Такой диск с дополнительным покрытием вставляется в самый обычный пишущий привод DVD-ROM, поддерживающий технологию LightScribe, которая обычно используется для нанесения маркировки, надписей и изображений на поверхность диска. Используя лазер привода, на слое оксида графена создается сложный рисунок структуры суперконденсатора. Лазер и механика привода LightScribe обеспечивают достаточную точность создания структуры, что предотвращает возникновение замыканий между элементами этой структуры.Но и сама структура нового суперконденсатора весма разнится от структуры, разработанной исследователями год назад. "Электроды нового суперконденсатора весьма напоминают тесно сплетенные пальцы, которые не касаются друг друга" - рассказывают исследователи, - "Это позволило получить максимально большую площадь поверхности двух электродов суперконденсатора. Помимо этого нам удалось минимизировать путь, по которому движутся ионы в электролите этого суперконденсатора. В результате новые суперконденсаторы имеют более высокие скоростные характеристики и большую электрическую емкость, нежели их предшественники".Исследователи добавили, что, "несмотря на их "химическую сущность", новые микросуперконденсаторы демонстрируют замечательную стабильность своих характеристик даже при большом количестве циклов заряда-разряда, чего нельзя сказать про обычные химические аккумуляторные батареи. Такие замечательные характеристики суперконденсаторов позволяют серьезно задуматься об их использовании в качестве источников питания для критичных электронных устройств, таких как медицинские имплантаты, активные устройства радиочастотной идентификации и различные микродатчики, там, где замена элементов питания просто невозможна или сопряжена с определенными трудностями.Одной из основных областей применения новых графеновых суперконденсаторов исследователи считают использование их в солнечных батареях. Установка таких суперконденсаторов позади фотогальванических элементов позволит получить одновременно устройство получения и хранения электрической энергии, которое будет отдавать накопленную в суперконденсаторах энергию в темное время суток.Прикрепленный файл(ы):20130307_1_1(29.34kb)

7ba.ru

Физики создали графеновый суперконденсатор, использовав DVD-дисковод

Американские физики разработали оригинальный и дешевый способ получения графена с помощью лазера DVD-привода и использовали полученную сверхгибкую пленку из "нобелевского углерода" для создания ионистора - гибрида конденсатора сверхвысокой емкости и аккумулятора.

МОСКВА, 15 мар - РИА Новости. Американские физики разработали оригинальный и дешевый способ получения графена с помощью лазера DVD-привода и использовали полученную сверхгибкую пленку из "нобелевского углерода" для создания ионистора - гибрида конденсатора сверхвысокой емкости и аккумулятора.

Группа ученых под руководством Ричарда Канера (Richard Kaner) из университета штата Калифорния в городе Лос-Анджелес (США) опубликовала новый "рецепт" изготовления графена и предварительные выводы по его электрическим и механическим свойствам в статье в журнале Science.

Ваш браузер не поддерживает данный формат видео.

Вконтакте

Facebook

Одноклассники

Twitter

Viber

Ученые создали графеновый суперконденсатор при помощи DVD-дисковода

Лазерная "гравировка"

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. За создание графена, обладающего уникальными физико-химическими свойствами, работающие в Великобритании выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию 2010 года по физике.

Как отмечают Канер и его коллеги, с момента открытия графена физики изобрели множество новых методов его получения. Большинство из них требует особых условий среды или специализированных компонентов. В январе 2012 года корейские ученые изобрели более дешевую методику получения графена с помощью микропленок из никеля при комнатной температуре и на практически любой поверхности.

Авторы статьи в Science максимально упростили процесс изготовления "нобелевского углерода". Они разработали остроумную методику, позволяющую получать графен практически в домашних условиях с использованием подручных средств - пишущего DVD-дисковода и компакт-диска.

Ученые покрывали компакт-диск специальным раствором оксида графита, который превращался в тонкую и относительно гибкую пленку после высыхания. После этого они вставляли DVD-диск в дисковод и обрабатывали его с помощью программ записи, поддерживающих технологию нанесения рисунков LightScribe.

Два в одном

В результате графит внутри пленки превращается в одиночные слои графена, хорошо отделенные друг от друга. Канер и его коллеги назвали свое изобретение "лазерно-гравированным графеном" (LSG, laser-scribed graphene) в честь технологии, давшей ему жизнь.

Этот материал обладает удивительной гибкостью и сверхвысокой электрической емкостью, что делает его пригодным для изготовления ионисторов - источников электропитания, соединяющих преимущества обычных батарей и конденсаторов и лишенных их недостатков.

Ученые собрали экспериментальный гибкий ионистор и проверили его в деле. По словам исследователей, тысяча сгибаний и разгибаний не снизили емкости устройства, которая приближается к теоретическому максимуму для "суперконденсаторов" на базе графена. Кроме того, даже 10 тысяч циклов зарядки и разрядки снизили емкость ионистора всего на 3,5%. За четыре месяца непрерывных тестов производительность и свойства устройства не изменились.

Как полагают исследователи, изобретение может быть использовано в качестве источника питания для гибких дисплеев и других тонких и миниатюрных электронных приборов. Относительная простота конструкции и дешевизна LSG-графена позволяет изготовлять такие батареи уже сейчас.

ria.ru