Ładowanie telefonu w sekundy? Przełom w superkondensatorach

Zespół naukowców z Monash University z Melbourne opracował nowy materiał, który pozwala superkondensatorom magazynować tyle energii, co tradycyjne baterie ołowiowo-kwasowe, a także błyskawicznie dostarczać moc.

Odkrycie, opisane w Nature, może zrewolucjonizować magazynowanie energii w transporcie i elektronice użytkowej. Technologia, oparta na grafenie, jest już komercjalizowana przez spółkę Ionic Industries. Czy superkondensatory wyprą w tej chwili używane baterie?

Nowy materiał: multiscale reduced graphene oxide (M-rGO)

Superkondensatory, w przeciwieństwie do baterii, przechowują energię elektrostatycznie, co pozwala na błyskawiczne ładowanie i rozładowywanie. Ich główną wadą była niska gęstość energii – dotychczas mogły zmagazynować tylko ułamek tej energii, co baterie o podobnym rozmiarze. Zespół Monash University, pod kierownictwem prof. Mainaka Majumdera, przełamał tę barierę dzięki nowemu materiałowi: multiscale reduced graphene oxide (M-rGO).

M-rGO powstaje z naturalnego grafitu poprzez proces wyżarzania (rapid thermal annealing). W efekcie tworzy się bardzo zakrzywiona i splątana struktura grafenu, z precyzyjnymi ścieżkami umożliwiającymi jonom szybki i wydajny ruch. Proces zwiększa dostępną powierzchnię do magazynowania energii, co było kluczowym ograniczeniem superkondensatorów.

Osiągi: gęstość energii baterii, szybkość superkondensatora

Testy wykazały, iż superkondensatory z M-rGO w ogniwach kieszeniowych (pouch cell – powszechnie używane w telefonach i innych urządzeniach) osiągają gęstość energii 99,5 Wh/L, porównywalną z bateriami ołowiowo-kwasowymi, oraz gęstość mocy 69,2 kW/L, przewyższającą tradycyjne baterie. Dodatkowo urządzenia te charakteryzują się szybkim ładowaniem i doskonałą stabilnością cykli, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających zarówno dużej energii, jak i błyskawicznego dostarczania mocy.

„To odkrycie pozwala budować superkondensatory, które mogą zastąpić baterie w wielu zastosowaniach, dostarczając energię znacznie szybciej” – mówi prof. Majumder. Wyniki stawiają technologię wśród najlepszych węglowych superkondensatorów, a proces produkcji jest skalowalny i oparty na dostępnych surowcach.

Zastosowania: od samochodów po telefony

Nowe superkondensatory mają potencjał, by zmienić wiele branż. W transporcie elektrycznym mogą umożliwić ładowanie pojazdów w kilka sekund, eliminując długie postoje na stacjach. W elektronice użytkowej, jak telefony czy laptopy, zapewnią błyskawiczne ładowanie bez utraty pojemności. Doskonale nadają się do stabilizacji sieci energetycznych – pomogą magazynować energię z odnawialnych źródeł, redukując wahania w dostawach prądu – stanowiące jeden z największych problemów branży..

Technologia jest już komercjalizowana przez Ionic Industries, spółkę spinout Monash University. „Produkujemy komercyjne ilości grafenowych materiałów i współpracujemy z partnerami, by wprowadzić je na rynek” – mówi dr Phillip Aitchison, CTO Ionic Industries. W ciągu kilku lat mogą pojawić się na rynku.

Czeka nas przełom w ładowaniu telefonów i innej elektroniki?

Superkondensatory z M-rGO łączą zalety baterii (wysoka energia) i superkondensatorów (szybkie ładowanie), ale nie są bez wad. Ich produkcja wymaga precyzyjnego procesu wygrzewania, co może zwiększać koszty na dużą skalę. Ponadto, choć gęstość energii dorównuje bateriom ołowiowo-kwasowym, wciąż ustępuje nowoczesnym bateriom litowo-jonowym. Zespół Monash planuje dalsze badania, by poprawić te parametry. Wsparcie dla projektu zapewniły Australian Research Council i US Air Force Office of Sponsored Research, co podkreśla globalne znaczenie odkrycia..

Krok ku bateriom przyszłości

Przełom Monash University w superkondensatorach z M-rGO otwiera drzwi do rozwoju szybszych, bardziej wydajnych urządzeń magazynujących energię. Ta technologia ma duże szanse zrewolucjonizować transport, elektronikę i energetykę.

Źródło: Monash University News, Nature Communications