Объединив энергию углеродных структур одноатомной толщины, исследователи лаборатории микродвижения и нанотехнологий университета Джорджа Вашингтона создали новый ультраконденсатор, который имеет высокую производительность и низкую стоимость.

Ультракондесатор использует синергию, образуемую при объединении графеновых хлопьев с одностенными углеродными нанотрубками, совмещая в себе сильные стороны двух углеродных наноструктур, обладающих взаимно дополняющими свойствами.

Ультракондесаторы увеличивают энергию хранения и могут также быстро отдавать эту энергию. Объединяя свойства высокой плотности энергии батарей и свойства высокой плотности энергии обычных конденсаторов, ультраконденсаторы могут увеличить производительность электрических транспортных средств, носимой электроники, аудио систем и другого оборудования.

Одностенные углеродные нанотрубки и графен имеют уникальные электронные, тепловые и механические свойства, что делает их привлекательными материалами для разработки новых ультраконденсаторов, сказал Джиан Ли (Jian Li), одни из авторов исследования. Многие лаборатории отдельно исследовали оба этих материала, нот только некоторые из них тестировали их вместе, сказал он.

«В нашей лаборатории мы разработали подход, благодаря которому получили как одностенные углеродные нанотрубки, так и графен. После этого у нас появилась идея использовать вместе оба перспективных углеродных материала», добавил Майкл Кейдар (Michael Keidar), профессор департамента механической и аэрокосмической техники при школе инженерных и прикладных наук университета Джорджа Вашингтона, и директор лаборатории микродвижения и нанотехнологий.

Исследователи синтезировали графеновые хлопья и нанотрубки, путем испарения пустотелого графитового стержня, заполненного порошковым металлическим катализатором методом электрической дуги. Затем они смешали вместе две наноструктуры и сделали чернила, которые нанесли на бумагу – обычный сепаратор современных коммерческих конденсаторов.

Удельная емкость такого комбинированного конденсатора, измеренная на единицу его массы, оказалась в три раза выше, чем удельная емкость конденсатора, изготовленного только из углеродных нанотрубок.

Преимущества гибридной структуры, по словам Ли (Li) заключаются в том, что графеновые хлопья обеспечивают большую площадь поверхности и превосходную проводимость в пределах одной плоскости, в то время как нанотрубки соединяют все структуры, образуя однородную сеть.

Исследователи отметили, что хотя другие типы ультраконденсаторов также достигают высоких величин удельной емкости гибрида из графена/нанотрубок, основным преимуществом такого комбинированного подхода является низкая себестоимость, поскольку наша команда разработала простой способ изготовления желаемой смеси углеродных трубок в больших количествах.

Гибридные ультракондесаторы также очень легкие и маленькие по размеру. Это дает им преимущество при использовании в малогабаритных электронных устройствах.