Kondenzátory z nanotrubek nahradí akumulátory

Akumulátory stále tvoří úzké hrdlo využití drobné elektroniky. Jejich dlouhé nabíjení, nízká kapacita, malá proudová zatížitelnost a životnost jsou omezujícími faktory pro návrh špičkových zařízení. Všechny problémy vyřeší kondenzátory z nanotrubek s vysokou kapacitou.

"Ultrakondenzátory" z nanotrubek

"Les" nanotrubek - podobný tvoří elektrody superkondezátorů
Credit: NanoLab

Ultrakondenzátory nebo superkondenzátory (je to totéž) nejsou nová věc. Už v roce 1957 si General Electric nechal patentovat kondenzátor s porézní uhlíkovou elektrodou. Na tomto principu jsou vysokokapacitní kondenzátory založeny dodnes a používají se v mnoha aplikacích včetně hybridních automobilů. Jejich nevýhodou je desetkrát až dvacetkrát menší kapacita v poměru k hmotnosti (3 až 5 Wh/kg) a vyšší cena. Jinak převažují výhody – rychlé nabití a vysoké vybíjecí proudy, trvanlivost mnoho tisíc cyklů, nízká toxicita a účinnost vyšší než 95 %. Uhlíkovou elektrodu tvoří grafitový aerogel (extrémně porézní pěna) podobný nanopěně. Nyní vědci vytvořili elektrody z pole nanotrubek, které nabízí ještě větší plochu k uložení elektronů v kondenzátoru, a tak zvyšují jeho měrnou kapacitu na úroveň běžných akumulátorů.

Možné problémy nanotrubkových elektrod

Elektrické pole mezi elektrodami v nejjednodušším deskovém kondenzátoru je krásně jednoduché a siločáry pole jsou převážně přímé, svitkové kondenzátory nejsou o mnoho složitější, takže jejich kapacitu a přípustné maximální napětí můžeme snadno dopředu navrhnout a vypočítat. S nanotrubkami je to složitější. Elektrody s "lesem" miliónů nanotrubek by se přesně modelovaly jen obtížně, a tak parametry superkondenzátorů zjišťujeme spíše experimentálně. S tím souvisí také to, že k dosažení vysoké kapacity kondenzátoru při malém objemu, potřebujeme velmi malou mezeru mezi elektrodami, důsledkem čehož je nutné snížit přípustné napětí na kondenzátoru. Uvádí se nejvýše 2,5 V. V praxi bude nutné řadit mnoho superkondenzátorů za sebe k dosažení použitelných hodnot napětí. Zvýšení kapacity pomocí vhodného dielektrika (vhodná nevodivá látka) nejspíše nepřipadá v úvahu, protože by se nám v něm nepodařilo nanotrubky "vypěstovat" a pozdější zalití elektrod by vzhledem k možnosti poškození nanotrubek a velmi malé vzdálenosti mezi elektrodami nebylo realizovatelné.

Kondenzátory nahradí akumulátory

Superkondenzátory jsou ideální náhradou za akumulátory. Až se budou vyrábět levně s dostatečnou kapacitou a nízkou hmotností, nebudou mít v podstatě nevýhody. Vysoká účinnost, kapacita, nabíjecí rychlosti a vybíjecí proudy, vysoká odolnost, téměř neomezená životnost a nízké ztráty jsou přesvědčivé argumenty v jejich prospěch. Vede mě to k přesvědčení, že osobní elektronika budoucnosti bude obsahovat napevno zabudovaný kondenzátor s dostatečnou kapacitou, jež se nabije za několik minut. Ti, kteří budou chtít být dlouhodobě nezávislý na externím zdroji elektrické energie, tady budou malé spalovací motory, ale všichni ostatní se zbaví akumulátorů a nahradí je kondenzátory. Nic tomu již v cestě nestojí.