iPhone заряджатимуть за п’ять секунд

Технологія мікромасштабних суперконденсаторів (іоністорів).

Американці створили систему зберігання енергії принципово нового типу, перехід на яку дозволить зарядити мобільний телефон або навіть електромобіль за лічені секунди. Технологія мікромасштабних суперконденсаторів (іоністорів) на основі графену дозволяє заряджати і розряджати пристрої в сотні і навіть тисячі разів швидше, ніж стандартні акумуляторні батареї. Нові суперконденсатори створюються з шару вуглецю товщиною в один атом. Вони можуть бути легко виготовлені за допомогою стандартного пишучого DVD-приводу і інтегровані в електротехнічні пристрої. У перспективі перехід на подібні системи зберігання енергії може призвести до подальшої мініатюризації мобільних пристроїв.

“Інтеграція підсистем зберігання електроенергії в електронні схеми є складним завданням. Найчастіше вона обмежує рівень деталізації всієї системи”, сказав Річард Канер, професор матеріалознавства та інженерії з Каліфорнійського університету в Лос Анжелесі (UCLA), де і була розроблена нова технологія.

Як вже згадувалося вище, щоб реалізувати свою інноваційну концепцію мікро-суперконденсаторів на практиці, дослідники використовували двовимірну алотропну модифікації вуглецю – графен. Він утворюється шаром атомів вуглецю товщиною в один атом, сполучених в гексагональну двовимірну кристалічну решітку.

Команда учених знайшла вельми оригінальний спосіб створення нових іоністорів – за допомогою стандартного пишучого DVD-приводу, що підтримує технологію LightScribe. Зазначимо, що традиційні технології виготовлення мікро-суперконденсаторів припускають використання трудомістких літографічних техпроцесів. Це в свою чергу обертається неможливістю розробки конкурентоспроможних з економічної точки зору пристроїв.

Технологія LightScribe спочатку призначалася для нанесення малюнка на зворотну сторону оптичних дисків. Але вчені з UCLA змогли зробити її набагато кориснішою. Вони покрили диск шаром оксиду графіту на пластиковій підкладці, а потім спалили лазером стандартного пишучого DVD приводу обриси обкладок (електродів) іоністора. Під дією червоного лазера з довжиною хвилі 650 нм оксид графіту перетворився в графен, електропровідність якого на шість порядків вище, ніж у вихідного матеріалу. Вченим вдалося менш ніж за півгодини отримати понад 100 графенових суперконденсаторів на одному диску. В лабораторних зразках вдалося досягти щільності потужності в 200 ват на кубічний сантиметр.

Як відомо чим менше відстань між обкладками суперконденсатора, тим більше його ємність. Тому дослідники вибрали патерн, що дозволяє не тільки задіяти максимальну площу робочої поверхні, але і зменшити шлях, прохідний іонами в електроліті до електродів. Вони відмовилися від накладення декількох графенових шарів електродів, так як така конструкція, незважаючи на її функціональність, погано поєднувалася з інтегральними схемами. Саме тому суперконденсатори складаються з почергово розділених діелектриком на одній площині електродів. Одержувані системи зберігання енергії витримують значні деформації без якого-небудь збитку і демонструють відмінну стабільність протягом багатьох циклів розрядки / зарядки.

Вчені відзначають, що їх розробка може бути інтегрована в гнучкі дисплеї і електронний папір, а також у переносну електроніку. Покриття на основі графену може наноситися на зворотну сторону сонячних панелей і служити для акумуляції енергії. Зараз UCLA веде пошук інвесторів та промислових партнерів з метою організації масового випуску мікро-суперконденсаторів.