Совсем недавно NanoNewsNet писал об успехах исследователей в области совершенствования структур ионисторов, где в качестве электродов использовался графен (см. материал). Однако, некоторые специалисты достаточно критически отнеслись к этим «успехам». Чтобы разобраться, каковы все же последние достижения ученых в этой области, рассмотрим статью международного коллектива авторов, в которой исследователи предложили ионистор с новыми электродами и электролитом.

В качестве электрода используется восстановленный оксид графена (или оксид графита, кому как больше нравится), обработанный полимерной ионной жидкостью (PIL). Выбор восстановленного оксида графена (RG-O) объясняется его высокой удельной емкостью (135 и 99 Ф/г в воде и в органическом растворителе, соответственно), а полимерная жидкость необходима для обеспечения лучшего доступа молекул растворителя, поскольку расстояние между чешуйками в необработанном RG-O меньше размера молекул растворителя. В качестве ионной жидкости используются мономерные фрагменты PIL (EMIM-NTf2). Таким образом авторы статьи решили две проблемы: во-первых, обеспечили легкий доступ молекул растворителя к поверхности электродов, во-вторых, обеспечили значительный зазор рабочих напряжений, чем в частности объясняется выбор растворителя.

Рис. 1. а) Фотографии растворов оксида графена и композита PIL:RG-O. СЭМ (b) и ТЭМ (с) фотографии чешуек PIL:RG-O. d) Схематическое изображение ионистора, собранного авторами статьи.

Для получения композита PIL:RG-O PIL был растворен в пропиленкарбонате (PC), к которому затем были добавлены чешуйки оксида графена. Затем эта смесь была нагрета при 1500С в течение часа, после чего образовалась черная суспензия PIL:RG-O, которая после дополнительной очистки стала пригодна для использования в ионисторе.

Собранный авторами статьи ионистор обладает удельной емкостью 187 Ф/г, плотностью энергии 6,5 Вт ч/кг и плотностью мощности 2.4 кВт/кг, что сопоставимо с величинами, полученными коллективами других исследователей, а циклические вольтамперограммы и кривые зарядки/разрядки подтверждают стабильное функционирование ионистора. Несмотря на приемлемые физические характеристики , у исследователей остался ряд нерешенных проблем, в частности необходимо ускорить процесс зарядки/разрядки.

Рисунок 2. а) Циклическая вольтамперограмма при различных скоростях съемки. b) Кривые зарядки/разрядки при различных силах тока.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Tae Young Kim, Hyun Wook Lee, Meryl Stoller, Daniel R. Dreyer, Christopher W. Bielawski, Rodney S. Ruoff, and Kwang S. Suh High-Performance Supercapacitors Based on Poly(ionic liquid)-Modified Graphene Electrodes. – ACS Nano, Article ASAP, DOI: 10.1021/nn101968p; Publication Date (Web): December 13, 2010.