Суперконденсатор будущего: как изогнутый графен совершил прорыв в энергохранении
Инженеры создали суперконденсаторы на основе изогнутого графена. Они запасают энергию как аккумулятор, но заряжаются за секунды. Это изменит электромобили, гаджеты и энергосети.
Инженеры создали новый класс материалов для суперконденсаторов, которые могут составить конкуренцию традиционным аккумуляторам по запасаемой энергии, заряжаясь при этом в разы быстрее. Ключом к успеху стала перестройка структуры углерода в изогнутые, легко доступные для ионов графеновые сети.
Этот прорыв может ускорить переход на электромобили, стабилизировать энергосети и подарить нам гаджеты, которые заряжаются за секунды.
В чём проблема современных накопителей энергии?
Сегодня мир зависит от двух основных типов устройств для хранения энергии:
➡️ Аккумуляторы (литий-ионные, свинцово-кислотные) — хранят много энергии, но заряжаются медленно (от химических реакций) и со временем деградируют.
➡️ Суперконденсаторы — заряжаются почти мгновенно, выдают огромную мощность и служат сотни тысяч циклов, но хранят слишком мало энергии для большинства применений.
Учёные десятилетиями пытались создать гибрид, объединяющий достоинства обоих технологий. Основное препятствие для суперконденсаторов — ограниченная площадь поверхности углеродных электродов, доступная для хранения заряда.
Открытие: сила изгиба
Исследователи из Центра перспективного производства с 2D-материалами (AM2D) Университета Монаша (Австралия) совершили прорыв, описанный в Nature Communications. Они разработали новый материал на основе графена под названием многоуровневый восстановленный оксид графена (M-rGO).
Суть открытия: традиционный графен часто представляет собой плоские "листы", уложенные в стопки. Ионам электролита трудно проникнуть в глубину такой структуры, и используется лишь малая часть теоретически доступной поверхности.
Австралийские инженеры изменили процесс термической обработки, создав сильно изогнутую, гофрированную графеновую архитектуру. Представьте себе не стопку листов бумаги, а сложенный гармошкой или смятый в шар лист — его поверхность становится гораздо более доступной.
Этот "изгиб" создаёт контролируемую сеть нано- и микроканалов, по которым ионы движутся с рекордной скоростью и эффективностью. В итоге материал получил и высокую плотность энергии (сколько можно запасти), и высокую плотность мощности (как быстро можно её отдать).
Цифры, которые говорят сами за себя
При тестировании в прототипах промышленных ячеек (pouch cells) новые суперконденсаторы показали выдающиеся результаты:
1️⃣ Объёмная плотность энергии: до 99.5 Вт·ч/л (при использовании ионных жидкостей в качестве электролита). Это уже сопоставимо с показателями свинцово-кислотных аккумуляторов!
2️⃣ Плотность мощности: до 69.2 кВт/л. Для сравнения: это на порядки выше, чем у лучших литий-ионных батарей, и позволяет отдавать или принимать колоссальную мощность почти мгновенно.
3️⃣ Отличная стабильность при тысячах циклов заряд-разряд.
"Эти показатели — одни из лучших, когда-либо зарегистрированных для углеродных суперконденсаторов. И что критически важно, наш процесс масштабируем и совместим с австралийским сырьём — природным графитом", — отмечает доктор Петар Йованович, соавтор исследования.
От лаборатории к рынку
Технология не останется в стенах лаборатории. Для её коммерциализации уже создан спин-офф Ionic Industries.
"Мы уже производим эти графеновые материалы в промышленных количествах и работаем с партнёрами в области энергохранения, чтобы вывести прорыв на рынок — туда, где одновременно критически важны и высокая ёмкость, и быстрая отдача мощности", — говорит технический директор компании, доктор Филлип Эйчисон.
Будущее, которое меняется быстрее
Внедрение такой технологии способно перевернуть целые отрасли:
1️⃣ Электромобили: "Заправка" за 2-3 минуты вместо часа, рекуперация торможения без потерь, долговечные силовые буферы для аккумулятора, продлевающие его жизнь.
2️⃣ Энергосети: Мгновенная стабилизация при скачках потребления или авариях, интеграция нестабильной возобновляемой энергии (солнце, ветер).
3️⃣ Электроника: Смартфоны и ноутбуки, заряжающиеся за минуты, носимые устройства с автономностью в недели.
4️⃣ Промышленность: Мощные импульсные системы, энергообеспечение тяжелой техники.
Прорыв австралийских инженеров — это не просто ещё один шаг в эволюции накопителей. Это качественный скачок, который стирает границу между двумя мирами: высокоёмких, но медленных батарей и быстрых, но "пустых" суперконденсаторов. Осталось дождаться, когда изогнутый графен покинет лаборатории и сделает нашу энергию более доступной, управляемой и быстрой.
Создано: 02.12.2025 06:16:40