Исследовательская группа из Корейского института передовой науки и технологии (KAIST) разработала новое устройство для хранения энергии, которое можно заряжать менее чем за полминуты.
Разработка использует водные электролиты вместо легковоспламеняющихся органических растворителей, а потому является экологичной и безопасной. Возможность зарядки с высокой плотностью энергии делает такой «водный аккумулятор» подходящим для применения в переносных электронных устройствах.
Профессор Юн Ку Кан и его команда трудились над этим хранилищем энергии с высокой энергетической плотностью в течение долгого времени, размещая волоконно-подобные аноды из полимерной цепи и катоды из суб-наномасштабированного оксида металла на графене.
Обычные аккумуляторы, использующие электролит, имеют ограничение для ускорения зарядки и хранения энергии с высокой плотностью из-за низкого напряжения и нехватки анодных материалов. Емкость накопителя энергии определяется двумя электродами, а баланс между катодом и анодом приводит к высокой стабильности. Электроды показывают различия в электрических свойствах и различный механизм ионного хранения, что и приводит к классическим недостаткам аккумуляторов вроде долгого времени зарядки.
Исследовательская группа придумала новые структуры и материалы для ускорения обмена энергией на поверхностях электродов и для минимизации энергопотерь между ними.
Команда изготовила аноды, используя материалы из полимерной цепи на основе графена. Паутиноподобная структура графена ведет к высокой площади поверхности, тем самым обеспечивая более высокую емкость батареи.
Для катодных материалов команда использовала оксид металла в суб-наномасштабированных структурах для повышения окислительно-восстановительных реакций. Этот метод обеспечил более высокую плотность энергии и более быстрый обмен ею при минимизации энергопотерь.
Разработанный аккумулятор можно заряжать в течение 20–30 секунд, используя зарядное устройство с низким энергопотреблением, такую как USB зарядное устройство или гибкую фотогальваническую ячейку. Его жизненный цикл — свыше 100 тыс. циклов зарядки.
«Эта экологически чистая технология может легко изготавливаться и применяться. В частности, ее высокая емкость и высокая стабильность по сравнению с существующими технологиями могут способствовать коммерциализации водных конденсаторов. Устройство можно быстро заряжать, используя низкозатратную систему зарядки и, следовательно, может применяться в портативном электронном устройстве», — заявил профессор Кан.