Домашние животные не должны питаться, как мы
Почему?
01.12.2021
НИУ ВШЭ
1
10 136

Предложен способ увеличения заряда суперконденсаторов

4.5

Ученые МИЭМ ВШЭ и Института неклассической химии в Лейпциге предложили новую теоретическую модель суперконденсаторов. Она впервые учитывает свойства катиона, которые существенно влияют на электрическую емкость суперконденсатора. Это первая подобная работа в области электрохимии. По мнению авторов, модель должна позволить инженерам в будущем создавать более мощные источники энергии.

Предложен способ увеличения заряда суперконденсаторов / ©Getty images

Результаты работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ. Суперконденсаторы — это устройства, накапливающие энергию в двойном электрическом слое на поверхности электрода (так, например, работают электроды платины, золота, углерода).

Суперконденсатор, или ионистор, — это некий гибрид конденсатора и аккумулятора, и по сравнению с ними у него есть ряд преимуществ. Он отличается, во-первых, высокой скоростью накопления электроэнергии и, во-вторых, большей электрической емкостью. По величине удельной емкости на единицу массы суперконденсаторы значительно превосходят обычные при гораздо меньших электрических напряжениях.

Увеличение поляризуемости катиона ионной жидкости приводит к росту дифференциальной электрической емкости суперконденсатора /©Пресс-служба НИУ ВШЭ

Эффективное расстояние между обкладками суперконденсатора, которыми служат металлический электрод и слой ионов, в двойном электрическом слое составляет всего несколько нанометров. Поэтому даже при малых приложенных напряжениях суперконденсатор может накопить огромную электрическую энергию.

Авторы статьи провели анализ и определили, как свойства катиона (положительно заряженного иона) ионной жидкости влияют на величину электрической емкости суперконденсатора. Существующие теоретические модели описывают ионы в суперконденсаторах как бесструктурные заряженные частицы, не конкретизируя, чем один ион отличается от другого.

Но для ионных жидкостей важны не только электрический заряд и размер каждого иона, но и такие характеристики, как дипольный момент катиона и электронная поляризуемость. Ученые проанализировали, как ведет себя дифференциальная емкость в зависимости от напряжения при увеличении постоянного дипольного момента и статической поляризуемости катионов для ионных жидкостей и их разбавленных растворов.

Емкость — главная характеристика, которая показывает, как много двойной электрический слой может накопить электрической энергии.

В обоих случаях увеличение поляризуемости или постоянного дипольного момента катионов приводит к значительному увеличению дифференциальной емкости при отрицательных напряжениях. Такое поведение дифференциальной емкости авторы объяснили дополнительным притяжением катиона, обладающего постоянным или наведенным дипольным моментом, к электроду в неоднородном электрическом поле.

Дипольный момент — произведение величины зарядов диполя на расстояние между ними (длина диполя).

«Мы показали очень важную вещь, — объясняет профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Юрий Будков. — Емкость — а это главная характеристика, которая показывает, как много двойной электрический слой может накопить энергии, — чувствительна к изменению дипольного момента и поляризуемости органического катиона. Это дает возможность экспериментатору — инженеру-электрохимику, если он хочет достичь больших емкостей, заранее выбрать такую ионную жидкость, катион которой обладает большим дипольным моментом или поляризуемостью».

Электронная поляризуемость — величина, определяющая способность частицы приобретать наведенный дипольный момент во внешнем электрическом поле. 

Ученые отмечают, что их работа фундаментальная и в будущем позволит инженерам-экспериментаторам делать более точные расчеты при проектировании суперконденсаторов. Их используют в качестве источников питания в разных отраслях промышленности — от жилищного хозяйства до альтернативных источников энергии, а также в электронных и мобильных устройствах, в цифровой аппаратуре. Там они выполняют роль автономного или резервного источника питания для микроконтроллеров, микросхем памяти и электронных часов.

«Мы планируем разрабатывать программное обеспечение, которое позволит спрогнозировать емкостные свойства различных ионных жидкостей и растворов электролитов на конкретных электродах — углерод, золото, платина. Также программное обеспечение будет учитывать эффект, связанный с диэлектрическими свойствами ионов», — подчеркнул профессор Будков.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — одно из крупнейших и самых востребованных высших учебных заведений России, стран СНГ и государств Восточной Европы. В НИУ ВШЭ представлены все уровни образовательной подготовки (от лицея для школьников до аспирантуры и MBA) по широкому спектру направлений в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также творческих специальностей. Научные подразделения ВШЭ — институты, центры, лаборатории, возглавляемые ведущими российскими и зарубежными учеными, ориентированы как на фундаментальные исследования, так и на прикладные разработки по заказам федеральных и региональных органов власти, министерств и ведомств, российских и зарубежных компаний. Высшая школа экономики стабильно занимает высокие места в предметных рейтингах Times Higher Education (THE) и QS, а также является единственным российским университетом в топ-50 рейтингов молодых университетов сразу двух агентств.
Позавчера, 18:14
Илья Ведмеденко

В России завершили заводские испытания малого ракетного корабля проекта 22800. Его построили для Черноморского флота. Такие МРК несут широкий набор вооружений, включая универсальный ракетный комплекс с «Калибрами».

Позавчера, 12:55
Василий Парфенов

Один из основных приборов готовящегося к полету аппарата Europa Clipper получил «первый свет» — так называют первое включение инструмента в рабочем режиме. Инфракрасная камера E-THEMIS в качестве теста работоспособности сделала панораму города Темпе в штате Аризона. «Космический глаз» межпланетного зонда запечатлел земной урбанистический пейзаж за два года до начала миссии и за целых восемь лет до прибытия в систему Юпитера.

1 час назад
Оксана Шолохова

Ученые показали, что ограничения движения негативно влияют на творческое мышление.

9 января
Мария Азарова

Очередной штамм возбудителя коронавирусной инфекции обнаружили в образцах 25 пациентов на Кипре. Пока что ему присвоили неофициальное название «дельтакрон», поскольку он сочетает черты вариантов «дельта» и «омикрон».

11 января
Мария Азарова

Спустя несколько дней после операции пациент — 57-летний мужчина из Мэриленда — чувствует себя хорошо, хотя говорить о стопроцентном успехе пока рано.

10 января
Алиса Гаджиева

Испанские ученые с помощью технологии лазерного сканирования обнаружили затопленные руины у побережья Кадисского залива.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

19.12.2021
Александр Речкин

Корпорация Илона Маска с 2012 года разрабатывает космический корабль, который может изменить правила игры в космической отрасли. Starship, как его называют, должен стать многоразовой транспортной системой, способной доставить на Красную планету до 100 человек за раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

02.12.2021
-
0
+
Работал с ионисторами (supercap'ами). Интересная штука. Но для часов и маломощной аппаратуры лучше LiIon батарейки - работают по 10 лет и запас энергии на единицу веса выше. По-моему они лучше всего как раз в мощных устройствах выглядят. Например для срабатывания сверхмощного реле требуется очень большой ток, но всего на десятки миллисекунд, потом идёт маломощный режим удержания - там лучше суперкапов ничего нет. Ещё слышал о проекте беспроводных троллейбусов, которые подзаряжаются через индукцию на каждой остановке. Понятно идея слабореализуема из-за пробок в пути, стартовых затрат и проч. Но интересна всё-таки.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: