Исследователи из Вашингтонского университета разработали новую технологию создания электродов для суперконденсаторов. Она позволит удешевить и ускорить их производство по сравнению с технологиями, существующими сегодня. Исследование опубликовано в журнале Nature Microsystems and Nanoengineering.

Суперконденсаторы отличаются об более распространенных химических аккумуляторов прежде всего тем, что могут генерировать гораздо большие токи за гораздо меньшее время. Из-за этого они не являются прямыми конкурентами аккумуляторов и обычно применяются либо в других областях, либо в гибридных системах, включаясь только в пиковые моменты. К примеру, такую систему планировалось устанавливать на дирижабли, где графеновые суперконденсаторы должны были включаться после того, как двигатели выйдут на предельную мощность.

Большая скорость высвобождения энергии в суперконденсаторах обусловлена тем, что в них носители заряда запасаются на поверхности электрода, а не в энергии химических реакций. Соответственно, площадь поверхности электродов должна быть как можно большей.

Снимок плоской батареи, в которую был помещен суперконденсатор с новыми электродами. Изображение получено с помощью рентгеновской томографии. Matthew J. Crane et al. / Nature Microsystems and Nanoengineering, 2017

Авторы новой работы решили использовать в качестве материала электродов полимерный аэрогель. Чтобы увеличить емкость суперконденсатора, ученые также добавили в аэрогель небольшие «хлопья» из дисульфидов молибдена и вольфрама толщиной в 10 и 100 атомов соответственно. Материалы были разделены на «хлопья» с помощью высокочастотных звуковых волн. Затем ученые добавили адгезивные добавки и получили листы из конечного материала, который нарезали на небольшие диски. Из них они сделали суперконденсаторы в виде плоской батареи и измерили их емкость. Оказалось, что емкость повысилась более чем в два раза по сравнению с аэрогелем без добавок.

Трехмерная модель суперконсатора в форм-факторе миниатюрного элемента питания. Matthew J. Crane et al. / Nature Microsystems and Nanoengineering, 2017

Исследователи утверждают, что весь процесс создания материалов занял несколько часов, в то время как другие технологии требуют для этого несколько недель, и себестоимость его была значительно ниже. В дальнейшем ученые планируют работать над повышением емкости за счет уменьшения толщины листов дисульфидов молибдена и вольфрама.

Совсем недавно другая группа американских ученых также представила новую технологию создания электродов для суперконденсаторов. В ней они использовали двумерный материал, который обладал множеством пор для движения носителей заряда. За счет такой конструкции ученые добились крайне высокой скорости зарядки при емкости на порядок большей, чем у обычных суперконденсаторов.

Автор: Григорий Копиев