Американские ученые создали конденсаторы нового типа, которые позволят зарядить мобильный телефон или даже электромобиль за считанные секунды. Технология микромасштабных суперконденсаторов (ионисторов) на основе графена позволяет заряжать и разряжать устройства в сотни и даже тысячи раз быстрее, чем стандартные аккумуляторные батареи, сообщает британская газета The Daily Mail.
«Интеграция элементов хранения электроэнергии в электронные схемы является сложной задачей. Зачастую она ограничивает уровень миниатюризации всей системы», сказал Ричард Канер, профессор материаловедения и инженерии из Калифорнийского университета в Лос Анжелесе, где была разработана новая технология.
Графен — это углеродная пленка толщиной в один атом. Ее называют двумерной, потому что, в отличие от обычного трехмерного кристалла, положение каждого ее узла описывается не тремя, а двумя координатами. Графен обладает высокой прочностью, прозрачен в силу своей чрезвычайно малой толщины и является прекрасным проводником электрического тока. Все это делает его крайне привлекательными для использования в качестве электродов солнечных батарей или сенсорных дисплеев.
Использование этого материала в микроэлектронике считается одним из самых перспективных способов его использования. Графен был открыт выпускниками Московского физико-технического института Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году в Манчестерском университете.
Как известно, чем меньше расстояние между обкладками суперконденсатора, тем больше его емкость. Поэтому исследователи выбрали модель, позволяющую не только задействовать максимальную площадь рабочей поверхности, но и уменьшить путь, проходимый ионами в электролите до электродов. Они отказались от наложения нескольких слоев графеновых электродов, так как такая конструкция, несмотря на ее функциональность, плохо совмещалась с интегральными схемами. Именно поэтому суперконденсаторы состоят из чередующихся на одной плоскости разделенных диэлектриком электродов.
Ученые предлагают изготавливать суперконденсаторы с помощью стандартного пишущего DVD-привода, поддерживающего технологию LightScribe, которая изначально предназначалась для нанесения рисунка на обратную сторону оптических дисков, но исследователи смогли сделать ее намного полезнее. Они покрыли диск слоем оксида графита на пластиковой подложке, а затем выжгли лазером стандартного пишущего DVD привода очертания обкладок (электродов) ионистора. Под действием красного лазера с длиной волны 650 нанометров оксид графита превратился в графен, электропроводность которого на шесть порядков выше, чем у исходного материала.
Ученым удалось менее чем за полчаса получить более 100 графеновых суперконденсаторов на одном диске. В лабораторных образцах удалось достичь плотности мощности в 200 ватт на кубический сантиметр. Получаемые устройства хранения энергии выдерживают значительные деформации без какого-либо ущерба и демонстрируют отличную стабильность на протяжении множества циклов зарядки. До сих пор традиционные технологии изготовления микросуперконденсаторов предполагали использование трудоемких литографических техпроцессов. Это в свою очередь оборачивается невозможностью разработки конкурентоспособных с экономической точки зрения устройств.
Ученые отмечают, что их разработка может быть интегрирована в гибкие дисплеи и «электронную бумагу», а также в носимую электронику. Покрытие на основе графена может наноситься на обратную сторону солнечных панелей и служить для аккумуляции энергии. Сейчас ведется поиск инвесторов и промышленных партнеров с целью организации массового выпуска микро-суперконденсаторов.
графен, конденсаторы
