Крошечный конденсатор с набором выдающихся свойств удалось построить группе учёных из США и Франции, используя элементы нанотехнологии.

На единицу своего объёма новичок обладает мощностью, сравнимой с электролитическими конденсаторами, запасом энергии на порядок большим, а электрической ёмкостью — большей на четыре порядка. А ещё при разряде напряжение на электродах устройства способно падать со скоростью 200 вольт в секунду, что в тысячу раз быстрее, чем у обычных суперконденсаторов.

Такие устройства запасают энергию в слоях ионов, насыщающих высокопористые электроды. В конструкции последних учёные и пытаются совершить прорыв. Ранее исследователи пробовали применять в этой роли углеродные нанотрубки. А физики из университета Дрекселя (Drexel University) и научно-исследовательской организации CNRS пошли дальше.

В новом элементе электроды изготовлены путём осаждения на подложку из диоксида кремния мириад нанолуковиц. Слово «лук» используют сами авторы работы, поскольку эти частицы диаметром 6–7 нанометров состоят из множества концентрических сфер, вложенных одна в другую. Сферы, в свою очередь, составлены из атомов углерода.

«Луковицы» образуют слой толщиной в несколько микрометров. Это обеспечивает высокое отношение площади поверхности обкладок к их объёму. Кроме того, здесь удалось обойтись без применения органических связующих и полимерных сепараторов, что дополнительно облегчило перемещение ионов в процессе заряда и разряда.

Рис. 1. Доктор Юрий Гогоци (Yury Gogotsi, справа) из университета Дрексела (Drexel University) – создатели микросуперконденсатора и его коллега на фоне научной лаборатории.

Рис. 2. a – поперечный разрез «луковицы» из углерода (Onion-like carbon – OLC) с распределением зарядов (розовый и синий); b – электронный микроснимок OLC; c – учёные создавали OLC путём графитизации наноалмазов при высокой температуре в вакууме. Четыре кружка отражают стадии процесса, жёлто-зелёным цветом показана алмазная решётка, серым – слои «луковицы»; d – вид на электроды сверху; e – вид на электроды сбоку (иллюстрации David Pech et al./Nature Nanotechnology).

Новая технология может быть использована для создания мощных и ёмких накопителей энергии, которые пригодятся и карманной электронике и гибридным автомобилям.

Результаты выполненной работы представлены в статье: David Pech, Magali Brunet, Hugo Durou, Peihua Huang, Vadym Mochalin, Yury Gogotsi, Pierre-Louis Taberna & Patrice Simon Ultrahigh-power micrometre-sized supercapacitors based on onion-like carbon.  – Nature Nanotechnology (2010) doi:10.1038/nnano.2010.162.

По материалам