БНТИ
Бюро научно-технической информации
Суперконденсаторы против аккумуляторов
Конденсаторы были первыми устройствами, запасающими электроэнергию. С усложнением техники и ростом её энергопотребления на смену конденсаторам пришли аккумуляторы. Однако тренд последних 15 лет — постепенное возвращение к конденсаторам как к основным источникам энергии. Правда, пока суперёмкостные конденсаторы проигрывают аккумуляторам по ёмкости и электропроводности, однако их преимущества — гибкость и сильно большее число циклов зарядки/разрядки — значительно расширяют сферу их потенциального использования. А фундаментальные исследования по улучшению физических характеристик конденсаторов постепенно сокращают отставание. Так что в ближайшие десятилетия конденсаторы, возможно, смогут полностью заменить электролитические аккумуляторы. Альтернативой самым популярным на сегодняшний день литий-ионным аккумуляторам могут стать углеродные суперёмкостные конденсаторы на основе графеновых наноплёнок.
Российские физики из МГУ, Сколтеха, МФТИ и ИНМЭ РАН сумели повысить ёмкость углеродных конденсаторов в шесть раз, внедрив в графеновые наноплёнки атомы азота. При этом масса электродов не увеличилась. Исследователи обрабатывали плёнки с углеродными наностенками плазмой разряда постоянного тока в азоте и в воздухе. Предложенный подход достаточно прост и эффективен, хотя внедрение атомов азота в углеродные наноплёнки требует дополнительных этапов в технологическом процессе производства конденсаторов. Усложнение производства полностью оправдывает прирост в удельной ёмкости: если в обработанных плазмой плёнках она составила около 600 Ф/г, то в немодифицированных была примерно 105 Ф/г. Полученный материал имеет, кроме того, огромную удельную площадь поверхности и может использоваться для создания гибких тонкоплёночных суперёмкостных источников энергии.
Первое их возможное применение — в электрокарах. В современных электромобилях в качестве источника энергии, как правило, используют литий-ионные аккумуляторы. Но производители электрокаров отмечают, что для полного замещения даже обычных легковых автомобилей электрокарами необходимо добывать 1 млн тонн чистого лития в год. Сейчас объёмы его добычи составляют 60 тыс. тонн в год.