Конденсаторы были первыми устройствами, запасающими электроэнергию.

Суперконденсаторы против аккумуляторов

В России первым серийнымэлектромобилем стал LADA Ellada (2011 год). На электромобиле используются литий-железо-фосфатные аккумуляторы (разновидность литий-ионных аккумуляторов) энергоёмкостью 23кВт·ч. Масса аккумуляторов составляет 24 кг. Срок службы — 3000 циклов. Заряда батареи хватает на 140км пробега. Время зарядки батареи от бытовой сети — восемь часов. Фото: Kirill Borisenko/Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0.

Конденсаторы были первыми устройствами, запасающими электроэнергию. С усложнением техники и ростом её энергопотребления на смену конденсаторам пришли аккумуляторы. Однако тренд последних 15 лет — постепенное возвращение к конденсаторам как к основным источникам энергии. Правда, пока суперёмкостные конденсаторы проигрывают аккумуляторам по ёмкости и электропроводности, однако их преимущества — гибкость и сильно большее число циклов зарядки/разрядки — значительно расширяют сферу их потенциального использования. А фундаментальные исследования по улучшению физических характеристик конденсаторов постепенно сокращают отставание. Так что в ближайшие десятилетия конденсаторы, возможно, смогут полностью заменить электролитические аккумуляторы. Альтернативой самым популярным на сегодняшний день литий-ионным аккумуляторам могут стать углеродные суперёмкостные конденсаторы на основе графеновых наноплёнок.

Российские физики из МГУ, Сколтеха, МФТИ и ИНМЭРАН сумели повысить ёмкость углеродных конденсаторов в шесть раз, внедрив в графеновые наноплёнки атомы азота. При этом масса электродов не увеличилась. Исследователи обрабатывали плёнки с углеродными наностенками плазмой разряда постоянного тока в азоте и в воздухе. Предложенный подход достаточно прост и эффективен, хотя внедрение атомов азота в углеродные наноплёнки требует дополнительных этапов в технологическом процессе производства конденсаторов. Усложнение производства полностью оправдывает прирост в удельной ёмкости: если в обработанных плазмой плёнках она составила около 600Ф/г, то в немодифицированных была примерно 105Ф/г. Полученный материал имеет, кроме того, огромную удельную площадь поверхности иможет использоваться для создания гибких тонкоплёночных суперёмкостных источников энергии.

Первое их возможное применение — в электрокарах. В современных электромобилях в качестве источника энергии, как правило, используют литий-ионные аккумуляторы. Но производители электрокаров отмечают, что для полного замещения даже обычных легковых автомобилей электрокарами необходимо добывать 1млн тонн чистого лития в год. Сейчас объёмы его добычи составляют 60тыс. тонн в год.

№7, 2019