Графеновые суперконденсаторы готовы уничтожить обычные батареи: ученые решили главную проблему, которая мешала годами

Кажется, что мир технологий застыл в ожидании чуда. Наши смартфоны стали мощнее компьютеров прошлого века, электромобили разгоняются быстрее спорткаров, но все они страдают от одной и той же «болезни». Речь идет об источниках питания. Литий-ионные батареи развиваются мучительно медленно, они тяжелые, долго заряжаются и быстро деградируют.

Ученые давно обещали нам графеновую революцию, но она все никак не наступала. И вот теперь, похоже, лед тронулся. Исследователи нашли способ обойти фундаментальное физическое ограничение, которое делало графен бесполезным в реальной жизни. Новый материал получил сложное название «многомасштабный восстановленный оксид графена», но суть его проста: он может хранить энергию так же плотно, как обычная батарейка, но отдавать и принимать её с молниеносной скоростью суперконденсатора.

Почему старые методы не работали

Суперконденсаторы — это устройства, которые накапливают энергию на поверхности электродов в виде статического заряда. В отличие от обычных аккумуляторов, где происходит медленная химическая реакция, здесь все решает физика. Поэтому они заряжаются почти мгновенно и служат вечно.

Видео от DGL.RU

Главная беда суперконденсаторов всегда заключалась в их низкой емкости. Они могли выдать мощный импульс (как вспышка на камере), но быстро «выдыхались». Графен должен был это исправить, ведь он невероятно тонкий и проводит ток. Однако на практике инженеры столкнулись с тупиковой ситуацией.

Если просто сложить листы графена стопкой, они слипаются слишком плотно. В итоге для ионов, которые переносят заряд, просто не остается места. Это напоминает попытку налить воду в закрытую книгу — страницы мокнут только с краев, а внутри остаются сухими. Эффективность падала почти до нуля.

Изящное решение грубой проблемы

Раньше эту проблему пытались решить «в лоб»: создавали из графена губчатые 3D-структуры. Место для ионов появлялось, но такая батарея занимала слишком много места из-за воздуха внутри. Для смартфона или электрокара это приговор — никто не хочет носить с собой кирпич.

Новая методика предлагает другой подход. Ученые применили двухэтапный нагрев графита (который, кстати, является очень дешевым и доступным ресурсом). В результате получилась хитрая структура: графеновая сетка стала запутанной и изогнутой.

Этот хаос оказался полезным. Листы больше не слипаются намертво, между ними остаются микроскопические каналы для движения ионов. При этом материал сохраняет высокую плотность и не превращается в «воздушную губку».

Где это пригодится

Разработчики уже протестировали новинку в так называемых «пакетных ячейках» (pouch cells). Это те самые мягкие аккумуляторы в серебристой оболочке, которые стоят внутри вашего смартфона, планшета или ноутбука.

Потенциал у открытия огромный. Если технологию удастся масштабировать, мы получим электромобили, которые заряжаются за время, пока вы пьете кофе на заправке. Дроны смогут летать дольше, а смартфоны перестанут разряжаться к обеду.

Авторы исследования утверждают, что их разработка превосходит традиционные батареи сразу по двум параметрам: плотности энергии (сколько «топлива» влезает в бак) и плотности мощности (как быстро это топливо можно подать в двигатель). Теперь дело за малым — вывести технологию из лаборатории на конвейер, где обычно и погибают самые смелые инновации.

Король автономности? Вы не поверите, как долго работает батарея этого супер-дешевого Poco M7!