Почти perpetuum mobile

Разработка на австралийския университет Swinburne University е на път да замени днешните батерии с мощни 3D принтирани суперкондензатори

достатъка: зареждат се с часове, имат лимит на броя цикли и след края на живота си трябва да се унищожават при специален (и скъп) режим, тъй като са изключително вредни за околната среда. „Освен това зареждането и разреждането на нашата батерия не намалява по никакъв начин качествата й, което теоретично означава, че е безсмъртна - нещо уникално за света на батериите“, казва Лин.

Доскоро големият проблем при суперкондензаторите беше малкият им капацитет на съхранение. Но на Лин му хрумва идея как да промени това. Той използва „листове“от графен, които имат много голяма повърхност, способна да складира енергия. „Множеството нагънати графенови листове са причината за голямата ефективност на нашия суперкондензатор“, обяснява изследователят. Това, което всъщност прави Лин, за да постигне максимална ефективност на батерията си при минимален размер, е силно да нагъва листовете графен, с което осигурява още повече повърхност и следователно още по-голямо съхраняване на енергия.

Лин, разбира се, не е първият, който е наясно, че по-добър потенциал за намиране на алтернативни източници на енергия дават не химическите реакции, а новите видове материали. „Много екипи изследват графеновата хартия“, пише Хуан Зао от MIT още през 2014 г. Заедно с екипа си той също тръгва по аналогичен път и започва да нагъва графенови листове. И още преди две години успява да демонстрира как „графеновата хартия“може да се намачка в произволни гънки дотолкова, че да намали с 800% своите размери, без да загуби свойствата си.

Новото в света на графеновите батерии обаче все пак е едно оригинално хрумване на Лин. След дълго чудене как да направи масовото производство на такъв тип батерии ефективно и евтино решението идва - чрез 3D принтиране.

Материалът на суперлативите

„Сега ще ви изненадам. Може би вече самите вие сте създавали графен, драскайки с молив по хартия. Това е всъщност единичен слой графит. От 40-те години на ХХ век учените описват невероятните му качества, но до този момент не беше изо- лиран в лаборатория“, започва една от лекциите си Майкъл Фогелсторм от Chalmers University of Technology. Всъщност графенът е една от алотропните форми на въглерода и едновременно с това най-тънкият познат на учените материал. За разлика от всички останали известни материали той е двуизмерен, а дебелината на слоя му е едва един атом. Освен това е гъвкав, като същевременно е един от най-здравите материали (около 200 пъти повече от стоманата) и с отлична проводимост. Може би е дори най-добрият топлинен проводник, казва Фогелсторм. Най-интересното обаче е, че материалът, чиято структура напомня на пчелна пита, е напълно прозрачен.

Извън лабораториите

В автомобилостроителния сектор поне от две години се говори за прилагането на подобни нововъведения. През октом- ври 2014 г. базираните в Малайзия Graphene Nanochem и Sync R&D разработват подобрена с графен батерия в рамките на проект за електрически градски транспорт на име Electric Bus 1. През август същата година и Илон Мъск също намекна, че Tesla Motors работи над нов вид батерия, който ще увеличи двойно енергийния капацитет на елелктромобила Model S. Тогава се спекулираше, че компанията също ще използва графеновата хартия. Малко преди това пък британската Perpetuus Carbon Group заедно с OXIS Group обяви, че започва да работи по базирани на графен електроди, с които да подобри литиевите батерии, позволяващи на електромобила да преминава много поголеми дистанции само с едно зареждане.

Други компании, които в недалечното минало са имали намерение да разработват и комерсиализират подобрени с графен батерии, са канадската Grafoid, американската SiNode заедно с AZ Electronic Materials, щатската XG Sciences, Graphene Batteries заедно с CVD Equipment и стартиращата CalBattery. Но докато австралийските лаборатории, американските и канадските компании са в изследователската фаза, китайците вече представиха свой продукт. В средата на юли Dongxu Optoelectronics представи своята графенова батерия на име G-King. Тя има капацитет от 4,800mAh, тоест сравнима с тази на таблет или малки лаптопи. От Dongxu твърдят, че се зарежда между 13 и 15 минути и има живот от общо 3500 цикъла (или седем пъти повече от стандартната батерия за смартфон). От компанията не дадоха подробности кога разработката им ще е на пазара. Освен това батерията им е бледо подобие на обещанията от MIT и екипа на Хан Лин. Но все пак G-King е първа стъпка в посока комерсиализиране на технологията.

Индустрии с главата надолу

В сферата на спекулациите не е никак трудно да си представим как комерсиализирането на графеновия суперкондензатор преобръща някои традиционни и не толкова традиционни бизнеси. От една страна, със сигурност ще повлияе сериозно върху производството на електромобили. И ако Tesla се окаже първата компания със завод за масово производство на революционните батерии, битката за пазарен дял може да бъде решена почти толкова бързо, колкото се зарежда изобретението на д-р Хан Лин. Някои анализатори са на мнение, че ако технологията навлезе масово в автомобилостроенето, петролните компании веднага ще почувстват ефекта. Все пак всичко остава в сферата на догадките, поне докато някоя компания не извади нещо повече от прототип.

В средата на юли китайската Dongxu Optoelectronics представи своята графенова батерия G-King.