Используя гибридный материал, кварцевый гель, и самособирающиеся тонкопленочные изоляторы из монослойной пленки определенных органических соединений, исследователи из Технологического университета Джорджии разработали структуру нового материала для изготовления суперконденсаторов, который обеспечивает значения электрической емкости и плотности хранения энергии, конкурирующие с аналогичными показателями некоторых типов аккумуляторных батарей.

Конденсаторы и суперконденсаторы, в отличие от аккумуляторных батарей, могут поглотить или отдать достаточно быстро большой электрический ток.

Поэтому применение суперконденсаторов гораздо практичней, нежели использование аккумуляторных батарей там, где необходимо хранение большого количества энергии, которую в некоторых случаях, требуется отдавать с максимально высокой скоростью, к примеру, в электромагнитных орудиях в электрических автомобилях, в дефибрилляторах и т.п.

«Изюминкой» нового материала для создания суперконденсаторов является двойной изолирующий слой, состоящий из наноразмерных самособирающихся монослоев (self-assembled monolayer, SAM), которые, в свою очередь, состоят из молекул жирных кислот определенного типа.

Изолятор из такого материала располагается между пленкой кварцевого геля и майларовой пленкой, армированной алюминиевыми электродами. Структура двойного изоляционного слоя блокирует любое проникновение электронов от алюминиевых электродов в кварцевый слой, что обуславливает очень низкое значение тока собственной утечки суперконденсатора и высокий показатель плотности хранения энергии.

Рис. 1.

Проводя испытания созданных суперконденсаторов, исследователи определили их основные электрические характеристики.

Максимальная плотность энергии составила 40 джоулей на кубический сантиметр, энергетическая эффективность суперконденаторов составила 72 процента, а энергетическая плотность – 520 Ватт на кубический сантиметр. Такие показатели существенно превышают аналогичные показатели существующих электролитических конденсаторов и тонкопленочных литий-ионных аккумуляторных батарей. Однако, по некоторым значениям параметры суперконденсаторов уступают параметрам литий-ионных аккумуляторов, используемых в электронной технике и электрических автомобилях.

Еще основным преимуществом новых суперконденсаторов является их тонкопленочная структура, которая определяет их гибкость.

Такие суперконденсаторы выдерживают без потери их электрических характеристики нескольких достаточно сильных деформаций, что значительно расширяет область их применения.

Следующими шагами, которые намерены предпринять исследователи, станут попытки создания более больших устройств хранения энергии на базе нового суперконденсаторного материала. Если эти попытки окажутся успешными и испытания продемонстрируют высокие электрические показатели новых устройств, то будет произведена попытка начала массового производства материала и становление его на «коммерческие рельсы».