Представьте себе, что вы сможете заряжать батарею своего смартфона за секунды, а электромобиль - за минуты. 

Такие соблазнительные перспективы предлагают исследователи, разработавшие новый материал, который способен намного улучшить параметры углеродных суперкондесаторов большой мощности. Эти конденсаторы способны очень быстро заряжаться и столь же быстро отдавать накопленную энергию.

Доктор Дональд Хайгейт, научный директор компании Superdielectrics Ltd, утверждает, что разработанный им в свое время материал для контактных линз оказался удивительно энергоемким полимером, способным удерживать мощный электростатический заряд. 

Конденсаторы не вырабатывают электричество за счет химической реакции, подобно обычным батареям; эти устройства накапливают энергию электростатического поля. 

Доктор Хайгейт сотрудничает с университетами Бристоля и Саррея в разработке суперконденсаторов на основе нового полимера. Он надеется, что эти устройства смогут в конечном итоге конкурировать с литиево-ионными батареями. 

Пока что конденсаторы используются в тех случаях, когда необходимо за короткое время получить мощный импульс электродвижущей силы - например, при запуске автомобильного двигателя. Они также хорошо приспособлены для использования в системах рекуперации энергии, когда, например, собирается энергия, выделяемая при торможении электромобиля. 

 

Они также используются в системах энергоснабжения для быстрого выравнивания пиков энергопотребления.

В Сеуле планируется к 2020 году ввести в строй 3500 автобусов, приводимых в движение суперконденсаторами. Такие автобусы уже сейчас используются в Шанхае.

Французская автомобильная компания Peugeot Citroen применяет суперконденсаторы в своих автомобилях с 2010 года; их производитель компания Maxwell Technologies утверждает, что ее устройства имеются в более чем миллионе автомобилей.

Однако пока что суперконденсаторы имеют меньшую плотность энергии, чем литиево-ионные батареи. Но есть у них и важные преимущества. 

"Обычные суперконденсаторы отличаются в выгодную сторону от батарей тем, что они способны выдавать за короткое время гораздо большую электрическую мощность, а кроме того, срок их жизни и количество циклов зарядки-разрядки намного превышает эти показатели у батарей", - говорит Гарет Хиндс, сотрудник британской Национальной физической лаборатории. 

"К недостаткам относится тот факт, что их стоимость пока относительно высока, а длительность рабочего цикла составляет несколько секунд или несколько минут в отдельных случаях".

Если такой суперконденсатор приводит в движение, например, инструмент в заводских условиях, скажем, шуруповерт, это не проблема, потому что его можно зарядить за несколько секунд. 

Но вот в электромобиле это становится проблемой.

Таави Мадиберк, основатель и глава эстонской компании Skeleton Technologies, производящей суперконденсаторы в Эстонии, Германии и Финляндии, говорит, что в них применяются графеновые пленки и другие материалы на основе углерода. 

 

Такие графеновые пленки, состоящие из одного слоя молекул углерода с кристаллической решеткой, имеют огромную площадь поверхности. Всего один грамм графена может накрыть площадь в 2 тысячи квадратных метров. Это позволяет им накапливать намного больше энергии. 

Продукция его компании уже применяется в конструкции гибридных автомобилей, особенно в автобусах и грузовиках. В ходе одного из экспериментов инженеры фирмы установили супероконденсаторы на дизель-электрическом грузовике, который развозит по домам продукцию одного из супермаркетов, и добились экономии топлива на 32 процента.

Компания NaWa утверждает, что ее конденсаторы способны запасать в пять раз больше энергии, чем обычные

Но Таави Мадиберк признает, что в краткосрочном плане наилучшим решением было бы сочетание суперконденсаторов с литиевыми батареями, особенно в сфере электротранспорта. 

Улрик Грапе, глава компании NaWa, расположенной на юге Франции, согласен с этим. 

"Суперконденсаторы не запасают такого количества энергии, как батареи, но зато они мгновенно отдают ее. Поэтому они очень хорошо подходят для ускорения и рекуперации, удваивая срок эксплуатации батареи". 

"Компания NaWa изготавливает электроды, состоящие из вертикально расположенных графеновых нанотрубок, на поверхности которых накапливается заряд", - продолжает Грапе. 

Такие трубки, которые покрыты другим полимером на основе углерода, настолько малы, что на квадратном сантиметре можно разместить 10 млрд трубок. 

Так как углерод обладает малым весом, установка суперконденсаторов в литиевые батареи снизит их общий вес и улучшит дальность хода электромобиля. 

Батарея гоночного автомобиля Формула Е, в настоящее время производимая фирмой Williams Advanced Engineering, весит 300 кг, но с помощью нанотрубок вес можно сократить до 200 кг без потери запаса хода.

"Мы считаем, что способность заряжать и разряжать батарею за секунды станет в будущем важнейшим показателем, - говорит Грапе. - В такой батарее будет не так много энергии, но зато она может выдерживать до миллиона циклов зарядки-разрядки. Углерод очень выносливый материал".