Международная группа ученых разработала структуру новых суперконденсаторов, состоящих из графена и углеродных нанотрубок. Созданный суперконденсатор имеет вид волокна, толщина и гибкость которого позволит вплетать его в ткань, из которой изготавливаются различные вещи и одежда, где он может служить в качестве источника питания для «носимой» электроники. Получившийся суперконденсатор может без потерь выдержать более 10 тысяч циклов быстрых заряда-разрядки, он намного легче и более надежен, нежели используемые в настоящее время литий-ионные аккумуляторные батареи.

Группа, в которую входили исследователи из Технологического университета Нанянга (Nanyang Technological University, NTU), Сингапур, университета Цинхуа (Tsinghua University in Beijing), Пекин, и университета Кейс (Case Western Reserve University), Кливленд, соединили при помощи нагрева листы графена с углеродными нанотрубками, в результате чего ими была получено волокно, состоящее из переплетенной сети более тонких волокон.

Получившийся материал обладает площадью эффективной поверхности в 396 квадратных метров на грамм. Кубический сантиметр такого материала может обеспечить суперконденсатору емкость в 300 фарад, а энергетическая плотность составляет 6.3 микроватта на кубический миллиметр.

Эти показатели сопоставимы с аналогичными показателями тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов, напряжением 4 Вольта и емкостью 500 микроампер-часов. Электрических показателей новых суперконденсаторов вполне достаточно для того, чтобы обеспечить энергией малопотребляющие электронные устройства и заставить светиться светодиодные источники света малой мощности.

Рис. 1.

Исследователям удалось произвести опытный образец волоконного суперконденсатора, длина которого составляет 50 метров. Для этого использовался процесс непрерывного производства, обеспечивающий производительность всего в один метр в час. Однако, модернизация этого процесса и приведение его к существующим технологическим нормам позволит получить большую производительность, что приведет к снижению стоимости и увеличению доступности конечного продукта.

Когда производство таких суперконденсаторов будет поставлено на промышленные рельсы, следует ожидать появления различных вещей, таких как одежда, обувь, сумки, рюкзаки и др., которые смогут выступать в качестве основных и дополнительных источников питания для встроенной в них носимой электроники или для отдельных портативных электронных устройств.

Естественно, что в первую очередь это будут использовать военные, но после разработанная технология может использоваться для снабжения энергией кардиостимуляторов, устройств контроля состояния здоровья, GPS-трекеров и множества других электронных устройств.

Кроме всего вышесказанного, высокая емкость и надежность графеново-нанотрубочных волоконных суперконденсаторов могут сделать их тем, что сильно толкнет вперед дальнейшее развитие отрасли электрических автомобилей и летательных аппаратов.

При аналогичных электрических параметрах суперконденсаторы весят намного меньше литий-ионных аккумуляторных батарей, они могут заряжаться и отдавать заряд намного быстрее аккумуляторов и имеют более чем в 10 раз больший ресурс по количеству циклов заряда-разрядки. Кроме этого, применение гибких волоконных суперконденсаторов позволит убрать достаточно большую часть головной боли у конструкторов электрических автомобилей, которым необходимо изыскивать и высвобождать дефицитное пространство для размещения громоздких аккумуляторных батарей, имеющих жесткую конструкцию.