Блог компании ua-hosting.company. В последние годы вопрос зеленой энергетики стал все более громко обсуждаться во всем мире. Пока политики и активисты обмениваются обоюдными обвинениями, оправданиями и призывами, научное сообщество пытается ответить на ряд важных вопросов: где взять зеленую энергию, как ее добывать, и как ее хранить. Обычно львиная доля внимания общественности прикована именно к первому, но вопрос хранения добытой энергии не менее важен.

Ученые из Массачусетского технологического института (Кембридж, США) разработали новый тип суперконденсатора, сделанного из вполне доступных материалов, а именно цемента, воды и сажи. Как именно создавался этот ионистор, каков принцип его работы, и насколько он эффективен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Представим себе утопическое будущее, в котором человечество полностью отказалось от ископаемого топлива (или оно просто закончилось, что куда вероятнее) и перешло на зеленую энергию. Учитывая, что мировая энергетическая инфраструктура десятилетиями выстраивалась в соответствии с используемыми ресурсами, изменение оного требует радикального изменения своей системы.

Фактически, в отличие от энергии ископаемого топлива, для которой источник энергии и носитель совпадают, производство электроэнергии из возобновляемых источников (солнце, ветер, приливные волны и т.д.) в один момент времени для использования в более поздний момент времени требует накопления энергии для уменьшения дисбаланса между спросом и производством.

К сожалению, дефицит минеральных прекурсоров, используемых в современных аккумуляторных технологиях, является основной причиной невозможности использования данной технологии в рамках массового масштабирования для накопления энергии. Следовательно, необходима альтернативная основа в виде объемных суперконденсаторов, сделанных из легкодоступных и недорогих материалов.

Суперконденсатор (ионистор, ультраконденсатор, двухслойный электрохимический конденсатор) — конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. По характеристикам занимает промежуточное положение между конденсатором и химическим источником тока.

Чтобы решить эту проблему, ученые решили сосредоточить свои усилия на двух наиболее потребляемых материалах в мире, воде и цементе, которые затем были легированы относительно низкой концентрацией неупорядоченной микропористой сажи для производства высокопроизводительных суперконденсаторов.

В отличие от батарей, в которых используется химическое преобразование энергии для ее хранения, суперконденсаторы основаны на хранении электрического заряда на материалах с высокой удельной поверхностью, проводящих электроны (например, пористый углерод). В этих системах заряд переносится через электролит к местам хранения и может быть восстановлен за счет изменения разности потенциалов между электродами. В частности, суперконденсаторы с высокой пропускной способностью зависят от трех критических характеристик:

• электронно-проводящая сеть для зарядки электродов;
• накопительная пористость с высокой удельной площадью поверхности, на которой адсорбируется противоположно заряженный поверхностный слой;
• пористость резервуара для переноса заряда путем диффузии ионов через насыщающий электролит к поверхностному слою или от него.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда утверждают, что цементные композиты, легированные углеродом, естественным образом сочетают в себе эти три атрибута, используя синергию между гидратацией гидрофильного цемента в присутствии гидрофобной сажи.