Inženýři dosáhli významného pokroku v mezinárodním úsilí o vytvoření technologií pro ukládání energie, které kombinují rychlé nabíjení se silným výkonem, a otevírají tak cestu pro systémy nové generace v elektrické dopravě, podpoře sítí a běžné elektronice.
Podle zjištění publikovaných v časopise Nature Communications výzkumníci vyvinuli nový materiál na bázi uhlíku, který umožňuje superkondenzátorům udržet úrovně energie srovnatelné s tradičními olověnými bateriemi, přičemž tuto energii uvolňují mnohem rychleji než konvenční bateriové konstrukce.
Superkondenzátory jsou rozvíjející se kategorií zařízení pro ukládání energie, která spoléhají na elektrostatické ukládání náboje namísto chemických reakcí používaných v bateriích. Dlouhodobou výzvou bylo, že pouze malá část povrchové plochy uhlíku potřebné pro ukládání energie byla využitelná.
Odemknutí většího potenciálu uhlíku
Profesor Mainak Majumder, ředitel výzkumného centra ARC pro pokročilou výrobu s 2D materiály (AM2D) na katedře strojního a leteckého inženýrství na Monash University, se studie zúčastnil.
„Náš tým ukázal, jak odemknout mnohem více z této povrchové plochy jednoduchým změněním způsobu tepelného zpracování materiálu,“ řekl profesor Majumder.
„Tento objev by nám mohl umožnit stavět rychle se nabíjející superkondenzátory, které ukládají dostatek energie k nahrazení baterií v mnoha aplikacích a dodávají ji mnohem rychleji.“
Inovativní architektura grafenu pohání průlom
Výzkumníci přičítají tento pokrok nově navržené materiálové architektuře nazvané víceškálový redukovaný oxid grafenu (M-rGO), vytvořený z přírodního grafitu, hojného zdroje v Austrálii.
Prostřednictvím procesu rychlého tepelného žíhání tým vytvořil vysoce zakřivenou strukturu grafenu s kontrolovanými cestami, které umožňují iontům pohybovat se s výjimečnou rychlostí a účinností. To vytvořilo materiál schopný jak vysoké hustoty energie, tak vysoké hustoty výkonu, kombinace, která je v jediném zařízení zřídka dosažena.
Rekordní výkon v reálných zařízeních
Dr. Petar Jovanović, výzkumný pracovník v centru ARC AM2D Hub a spoluautor studie, vysvětlil, že při začlenění do zařízení typu pouch cell superkondenzátory z Monash prokázaly:
Objemové hustoty energie až 99,5 Wh/L (v iontových kapalných elektrolytech)
Hustoty výkonu až 69,2 kW/L
Schopnosti rychlého nabíjení s vynikající stabilitou cyklů
„Tyto výkonnostní parametry patří mezi nejlepší, jaké kdy byly hlášeny pro superkondenzátory na bázi uhlíku, a zásadní je, že proces je škálovatelný a kompatibilní s australskými surovinami,“ řekl Dr. Jovanović.
Směřování ke komerčnímu využití
Dr. Phillip Aitchison, technický ředitel spin-off společnosti Monash University Ionic Industries a spoluautor studie, poznamenal, že úsilí o komercializaci technologie již probíhá.
„Ionic Industries byla založena za účelem komercializace inovací, jako jsou tyto, a nyní vyrábíme komerční množství těchto grafenových materiálů,“ řekl Dr. Aitchison.
„Pracujeme s partnery v oblasti ukládání energie na uvedení tohoto průlomu na trhem řízené aplikace – kde je nezbytné jak vysoké množství energie, tak rychlé dodání výkonu.“
Projekt získal podporu od Australské výzkumné rady a Úřadu pro sponzorovaný výzkum amerického letectva a je v souladu s širším cílem Monash University v oblasti pokroku v materiálech pro nízkouhlíkovou energetickou budoucnost.
Zdroj: sciencedaily.com
