Ученые разработали новую форму графена – так называемый мультимасштабный восстановленный оксид графена (M-rGO) – который значительно улучшает плотность энергии и мощности в суперконденсаторах. Этот прорыв может ускорить разработку более быстрой зарядки и более емкого хранения энергии для электромобилей (EV), портативной электроники и многого другого.
Ограничения Современных Технологий Хранения
Традиционные аккумуляторы хранят энергию химическим путем, в то время как суперконденсаторы – электрохимическим, предлагая преимущества как в объеме энергии, который они могут удерживать в заданном пространстве (энергетическая плотность), так и в скорости ее передачи (мощность). Однако, существующие суперконденсаторы исторически показывали себя хуже из-за неэффективности структуры графена, которая ограничивает хранение энергии. Графен, хотя и идеален для плотных электродов, имеет тенденцию слипаться, ограничивая движение ионов, необходимых для зарядки и разрядки.
Новый Подход: Мультимасштабный Восстановленный Оксид Графена (M-rGO)
Исследователи решили эту проблему, разработав M-rGO – материал на основе графена, созданный посредством двухэтапного процесса нагрева. Полученная структура запутана и изогнута, создавая сеть с несколькими уровнями, которые максимизируют площадь поверхности для хранения энергии без ущерба для подвижности ионов. Этот подход обходит недостатки предыдущих трехмерных графеновых структур, которые часто были громоздкими и неэффективными.
Последствия для Электромобилей и Других Областей
Потенциальные области применения M-rGO широки:
- Электромобили: Более быстрое время зарядки и увеличенный запас хода.
- Портативная Электроника: Более компактные и мощные аккумуляторы для смартфонов, ноутбуков и планшетов.
- Дроны и Носимые Устройства: Улучшенная подача энергии в компактных форм-факторах.
Исследовательская группа внедрила M-rGO в пакетные элементы – гибкие ламинированные аккумуляторные блоки, распространенные в современных устройствах. Это демонстрирует практичность и масштабируемость материала, поскольку графит (сырье) в изобилии и недорог.
«Этот материал может кардинально изменить наш подход к хранению энергии, сделав высокопроизводительные суперконденсаторы жизнеспособной альтернативой традиционным аккумуляторам в более широком спектре приложений».
Результаты, опубликованные в Nature Communications 15 сентября, показывают, что M-rGO имеет потенциал для раскрытия всех возможностей хранения энергии на основе графена. Это развитие является значительным шагом к будущему, где устройства заряжаются быстрее, служат дольше и требуют менее громоздкого оборудования.
