Superkondensatory grafenowe gotowe do magazynowania energii w pojazdach elektrycznych, mówią koreańscy inżynierowie

Nadchodzą pojazdy elektryczne, gotowe czy nie. Jedną z technologii wspomagających, która czyni je bardziej przyjaznymi dla kierowcy, jest skromny akumulator, zwłaszcza wersje litowo-jonowe, które mogą przechowywać wystarczającą ilość energii, aby zapewnić tym samochodom rozsądny zasięg podczas jazdy po mieście.

Oczywiście producenci samochodów zawsze szukają sposobów na poprawę wydajności, a tym samym zasięgu tych pojazdów. Jednym ze sposobów na to jest odzyskanie i ponowne wykorzystanie energii, która normalnie byłaby marnowana, gdy hamulce spowalniają pojazd.

Jest jednak problem z robieniem tego w przypadku konwencjonalnych akumulatorów. Hamowanie następuje w skali czasu mierzonej w sekundach, ale jest to o wiele za szybkie w przypadku akumulatorów, których ładowanie trwa zazwyczaj wiele godzin. Dlatego producenci samochodów muszą znaleźć inne sposoby przechowywania tej energii.

Jednym z bardziej obiecujących jest zastosowanie superkondensatorów, ponieważ mogą one szybko ładować, a następnie równie szybko rozładowywać energię. Rzeczywiście, wielu producentów samochodów eksperymentuje właśnie z tą technologią.

Ale superkondensatory nie są jeszcze gotowe na otwartą drogę. Dzieje się tak dlatego, że chociaż szybko się ładują i rozładowują, nie przechowują dużo energii.

Co więcej, mają tendencję do zużywania się przy wielokrotnym użyciu, ponieważ materiały znajdujące się w ich wnętrzu rozkładają się wraz z ciągłym dopływem i odpływem ładunku. To poważna wada urządzenia, które musiałoby być używane miliony razy w ciągu całego życia samochodu.

Teraz Santhakumar Kannappan z Instytutu Nauki i Technologii w Gwangju w Korei i kilku kumpli twierdzą, że mają rozwiązanie oparte na cudownym materiale chwili – grafenu. Ci faceci zbudowali wysokowydajne superkondensatory z grafenu, które przechowują prawie tyle samo energii, co akumulator litowo-jonowy. Mogą ładować i rozładowywać się w ciągu kilku sekund i utrzymywać to wszystko przez dziesiątki tysięcy cykli ładowania.

Sztuczka, którą ci faceci udoskonalili, polega na stworzeniu bardzo porowatej formy grafenu, która ma ogromną wewnętrzną powierzchnię. Tworzą ten grafen poprzez redukcję cząstek tlenku grafenu za pomocą hydrazyny w wodzie wstrząsanej ultradźwiękami.

Sproszkowany grafen jest następnie pakowany do komórki w kształcie monety i suszony w 140°C i pod ciśnieniem 300/kg/cm przez pięć godzin.

Powstała elektroda grafenowa jest bardzo porowata. Jeden gram tego materiału ma powierzchnię większą niż boisko do koszykówki. To ważne, ponieważ dzięki temu elektroda może pomieścić znacznie więcej elektrolitu (ciecz jonowa o nazwie EBIMF 1 M). A to ostatecznie określa ilość ładunku, jaki może utrzymać superkondensator.

Kannappan i spółka zmierzyli wydajność swojego superkondensatora i są wyraźnie pod wrażeniem wyników. Mówią, że ma pojemność właściwą ponad 150 faradów na gram i może magazynować energię o gęstości ponad 64 watogodzin na kilogram przy gęstości prądu 5 amperów na gram.

To prawie porównywalne z akumulatorami litowo-jonowymi, które mają gęstość energii od 100 do 200 watogodzin na kilogram.

Te superkondensatory mają też inne zalety. Kannappan i spółka twierdzą, że mogą je w pełni naładować w zaledwie 16 sekund i powtórzyli to około 10 000 razy bez znacznego zmniejszenia pojemności. Mówią, że te wartości są najwyższe do tej pory w literaturze.

To imponujący zestaw danych dotyczących wydajności, który może uzasadniać wniosek autorów, że te superkondensatorowe urządzenia do magazynowania energii… mogą zostać zwiększone do produkcji w niedalekiej przyszłości do zastosowań w pojazdach elektrycznych.

Jeśli mają rację, zwykłe elektryczne pojazdy drogowe mogą wkrótce wydajnie pozyskiwać energię, która do tej pory była w dużej mierze marnowana.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1311.1548 : Superkondensatory na bazie grafenu o ulepszonej pojemności właściwej i szybkim czasie ładowania przy wysokiej gęstości prądu

ukryć