Побег из энергетического рабства

Побег из энергетического рабства

В 2010 году выходцы из России, учёные физики Константин Новосёлов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию за открытие графена – двумерного углеродного материала, со структурой химических связей напоминающих пчелиные соты.

Оказалось, что уникальный материал обладает прекрасной проводимостью, прозрачностью, жесткостью и теплопроводностью. Сразу же стали понятны потенциальные области использования графена: микроэлектроника, аккумуляторы, конденсаторы огромной ёмкости.

Остановимся на двух последних способах использования графена, объясняющихся высокой электропроницаемостью этого вещества. Исходное сырьё – углерод распространено почти повсеместно, экологически чисто, а технология изготовления графена довольна проста.

В графеновых аккумуляторах используются те же процессы, как и в привычных нам сегодня свинцовых батареях – электрохимические реакции окисления и восстановления. Первые эксперименты с литий-графеновыми аккумуляторами показали обнадёживающие результаты, но вскоре их заменили на более дешевые и лёгкие магний-графеновые. Подобные аккумуляторы обладают емкостью в 2-3 раза больше традиционных литий-ионных источников питания, способны зарядиться за 8-10 минут, допускают тысячи циклов заряд-разряда. Трудности вызывает подбор электролита, в котором перемещаются ионы в процессе работы, поэтому пока такие аккумуляторные батареи не появились в массовом количестве.

Другой, на мой взгляд, более важный способ использования графена, состоит в возможности создания конденсаторов колоссальной емкости. Сегодня, уже созданы конденсаторы ёмкостью в 10 000 фарад. Вообще, конденсатор отличается от аккумулятора способностью быстро заряжаться и быстро отдавать энергию, а также дешевизной, безопасностью и технологичностью изготовления. Простота производства суперконденсаторов просто поражает. Не нужны огромные цеха, не используются сложные и опасные химические процессы – есть описания производства этих приборов на обычных 3D-принтерах.

Графеновые накопители энергии (конденсаторы) будут способны обеспечить электроэнергией квартиру рядового обывателя. Трудности в том чтобы решить проблему быстрого разряда графенового суперконденсатора. Именно на это направлены усилия современных исследователей. В Корее создали приборы, электрическая ёмкость которых составляет 150 фарад на грамм, при плотности тока равной 5 А. Это сопоставимо с параметрами литий-ионных аккумуляторов, но они могут полностью отдать свою энергию за 10-15 секунд.

В ближайшие годы следует ожидать, что автомобильные аккумуляторные батареи будут дополняться графеновыми конденсаторами. Это позволит резко уменьшить необходимую мощность автомобильных аккумуляторов, а следовательно и цену (напомним, что цена графеновых конденсаторов весьма невысока). Но что-то не вериться, что автопроизводители пойдут на снижение цены, в мире так не принято.

Если пофантазировать, то на основе графеновых конденсаторов возможно создание бытовых накопителей электроэнергии, заряжаемых от солнечных батарей. В этом случае можно распрощаться со всеми производителями тепловой и электрической энергии, а разве они заинтересованы в крушении своих энергетических империй. Так что именно в противодействии монополистов энергетиков будут заключаться основные препоны к развитию индивидуальных накопителей электроэнергии.

Ещё один аспект использования суперконденсаторов – способность накопить в очень маленьком объёме громадное количество электроэнергии (около 1 мегаватта в 1 дециметре объёма). Это уже супероружие, по мощности сравнимое с ядерным, но без заражающих факторов. Жизненный опыт подсказывает, что над этими-то проблемами сегодня работают интенсивно и во всех развитых стран