Структурні суперконденсатори замінять батареї

Чи можна уявити майбутнє, в якому електроніка буде позбутися від батарей, шнурів, розеток, вилок і взагалі від будь-яких зовнішніх джерел живлення? На сьогоднішній день така перспектива здається неймовірним для звичайних людей, але вчені беруть її досить серйозно.

Складання електричної енергії в футлярі для ноутбуків, шасі електромобілів або в стінах будинку дозволить зробити невелику, непоказну сіру пластину, розроблену дослідниками наноматеріали Вандербілта та лабораторії енергопристрів Вандербілта.

«Цей пристрій демонструє, вперше, як ми можемо розповісти, що можна створювати матеріали, здатні зберігати і знімати значну кількість електроенергії, при цьому вони піддаються звичайним статичним навантаженням і динамічним силам, такими як вібрація або удари», – коментує Карі Пінт, асистент кафедри механіки.

Новий пристрій, розроблений аспірантом Андрієм Вестовером і Pint, є суперконденсатором, який зберігає енергію, збираючи заряджені іони з поверхні пористого матеріалу, на відміну від батарей, які використовують хімічні реакції для цього. У результаті суперконденсатори можуть заряджати і розряджати за секундами, а не годин тримати мільйони зарядних циклів, що працюють замість тисяч, таких як акумулятори.



У звіті про свою роботу, опубліковану 19 травня 2014 року в журналі Nano Letters, Pint і Westover пише, що їх новий структурний (завантажувальний) суперконденсатор працює бездоганно, зберігання та розвантаження при впливі тиску до 44 фунтів сили на квадратний дюйм (0.303 МПа), а також коливання прискорення більш ніж 80 г, значно більше, ніж турбінні леза реактивного двигуна. Механічна міцність не впливає на її здатність зберігати і зберігати енергію.

Новий суперконденсатор виглядає як тонка сіра пластина з кремнієвих електродів, які хімічно оброблені, так що нанорозмірні пори формують всередині них. Зовні електроди захищають ультратонкий шар вуглецю. Між електродами є полімерна плівка, яка тримає заряджені іони і грає таку ж роль, як електроліт в акумуляторі. При стисненні полімер проникає в крихітні пори електродів, як розтоплений сир в щільно притиснуті бутербробули.



Після охолодження і загартування полімер стає надзвичайно міцним. Найбільша проблема розвитку навантажувачів Вестовер викликає профілактику їх стратифікації. Але дослідники змогли боротися з ним. «Склеювання нанопористого матеріалу з полімерним електролітним зв’язком більш сильно, ніж суперклеєм», – розповідає випускник.

Суперконденсатори значно за літію - іонні батареї в певній потужності. Для роботи на тій же кількості енергії конденсатор повинен бути набагато більшим і важче, ніж акумулятор. Але в той час як суперконденсатор зберігає в десять разів менше енергії, він триває тисячі разів довше.

На думку дослідників, завдяки своїм властивостям, суперконденсатори кремнію ідеально підходять для використання в споживчих електронних корпусах і сонячних батареях. Однак Pint і Westover вважають, що загальні принципи їх будівництва можна перенести на інші матеріали, такі як вуглецеві нанотрубки або алюміній.



Джерело: facepla.net