Новая технология хранения энергии бьет старые рекорды
 Схематическое изображение принципа действия новой ячейки хранения энергии, разработанной американскими учеными. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Разработанный исследователями из лаборатории Nanotek Instruments (США) класс устройств сохранения энергии получил название SMC (surface-mediated cell). В данных ячейках анод и катод выполнены их пористого графена, представляющего собой двумерные листы атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. В состав анода также включены частицы или фрагменты фольги лития, которые ионизируются в процессе первого цикла зарядки ячейки. Образованные таким образом ионы через жидкий электролит, заполняющий ячейку, перемещаются к наноструктурированному катоду, проходя через поры графена и достигая непосредственно поверхности катода. Использование пористого графена вызвано необходимостью увеличить площадь поверхности электрода, которая находится в контакте с жидким электролитом. Это позволяет быстро захватывать большое количество ионов лития. При повторной зарядке ячейки мощный поток ионов лития высвобождается на катоде и перемещается в анодную зону, восстанавливая электрохимическую разницу потенциалов между анодом, содержащим частицы лития, и катодом.
По данным ученых, подобные ячейки позволяют хранить энергию 80 – 160 Вт*ч на килограмм своей массы, что сопоставимо с характеристиками существующих на сегодняшний день литий-ионных аккумуляторов. При этом плотность мощности такой батареи – 100 кВт на килограмм, что существенно больше существующих аналогов. Для сравнения, плотность мощности литий-ионных аккумуляторов – всего лишь 0,5 кВт на килограмм. Хотя так называемые симметричные суперконденсаторы имеют более высокую (чем литий-ионные аккумуляторы) плотность мощности 1 – 10 кВт на килограмм, их возможности по хранению энергии более скромные – 5 – 8 Вт*ч на килограмм.
По мнению ученых, их открытие может иметь достаточно сильное влияние на те сферы, где традиционно применяются суперконденсаторы. На сегодняшний день для дальнейшего развития этих направлений научные группы ищут способы повышения плотности сохраненной энергии для суперконденсаторов, но даже сложные гибридные суперконденсаторы (т.е. литий-ионные конденсаторы) обладают плотностью хранения энергии не более 15 Вт*ч на килограмм. Да и с точки зрения плотности мощности SMC-ячейки обходят эти гибридные суперконденсаторы с большим отрывом.
Согласно данным научной группы, опубликованным в журнале Nano Letters, параметры будущих SMC-ячеек могут быть улучшены, что позволит им сохранять еще больше энергии. Как отмечают коллеги, их ближайшая задача – превзойти по уровню плотности сохраненной энергии широко используемые на сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы. Более того, ученые считают, что технологии, позволившие им создать SMC-ячейки, сегодня уже достаточно развиты для того, чтобы перейти в коммерческую эксплуатацию.
В настоящее время научная группа работает над несколькими прототипами SMC и в ближайшее время будет готова показать их возможным клиентам и инвесторам.
Также по теме:
- Графен позволит сделать практически совершенные солнечные ячейки
- Самый емкий графеновый суперконденсатор
Источники: