Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Российские ученые нашли способ увеличить емкость суперконденсаторов
Суперконденсатор — устройство, которое за несколько секунд может накопить и отдать заряд энергии. Он состоит из металлических электродов, погруженных в электролит. В своей модели ученые МИЭМ НИУ ВШЭ заменили типичный низкомолекулярный электролит на полиэлектролит и обнаружили негативный физический эффект: суперконденсаторы теряют емкость при размере поры электрода менее одного нанометра. Подобрав грамотные условия для полиэлектролитов, можно создавать более мощные и эффективные устройства.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review E. Суперконденсатор похож на аккумуляторную батарею, но, в отличие от нее, создан не для длительного питания, а для кратковременных и мощных импульсов энергии. Их часто используют как резервный источник питания в смартфонах, автомобилях и мелких устройствах. Например, в видеорегистраторах суперконденсатор поддержит заряд, чтобы завершить и сохранить видеозапись, если автомобиль заглохнет и основной источник энергии отключится. Суперконденсаторы меньше изнашиваются и в среднем служат на 5–10 лет дольше, чем аккумуляторы. Они эффективны при температурах от -40 градусах Цельсия до +65, что в два раза превышает рабочий диапазон литий-ионного аккумулятора.
Суперконденсатор состоит из металлических электродов, погруженных в электролит — жидкость, в которой находятся свободные заряженные частицы, катионы и анионы. Например, поваренная соль — это электролит, при растворении в воде она распадается на ионы Na+ и Cl-. Заряд у суперконденсатора накапливается в двойном электрическом слое (ДЭС). Он образуется на границе сред между жидким электролитом и электродом, к которому подведен электрический потенциал. Первый слой — сам электрод, а второй — ионы электролита, стягивающиеся к нему из-за сил электростатического притяжения.
Исследователи МИЭМ НИУ ВШЭ разработали математическую модель ДЭС, в которой заменили традиционные низкомолекулярные электролиты на полимерные. Полиэлектролиты помогают увеличить электрическую емкость — характеристику, которая показывает, сколько электроэнергии может накопить устройство. Это происходит благодаря тому, что заряженная полимерная цепь эффективнее притягивается к электроду, нежели низкомолекулярный электролит.
Низкомолекулярные электролиты — органические соли, кислоты и основания, катионы и анионы которых свободно перемещаются. Полимерные электролиты (полиэлектролиты) — более сложные соединения, у которых ионы одного типа (скажем, катионы) сшиты в длинные полимерные цепи, а другого (анионы) — свободно перемещаются.
На модели исследователей впервые выяснилось, что если поры электрода слишком узкие (толщина меньше или равна одному нанометру), то полимерные цепи электролита не могут зайти внутрь из-за электростатического отталкивания от стенок поры. «Можно провести бытовую аналогию с макаронами и дуршлагом. Если вы берете длинные и короткие макароны, то короткие проходят через дуршлаг лучше. Но чем дырки больше, тем больше длинных макарон может проскользнуть. Полимерные цепочки — как длинные макароны, которые очень сложно загнать внутрь узкой поры», — поясняет один из авторов статьи, профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Юрий Будков.
Подобный эффект не возникает у низкомолекулярных электролитов, так как размер их иона всего 0,3–0,4 нанометра и при размере поры один нанометр он легко перемещается. «Используя полимеры, мы можем выиграть в электрической емкости, но при этом важно избежать негативных эффектов. Мы подобрали параметры, при которых полимер будет эффективно работать, и считаем, что грамотное применение полиэлектролитов позволит накапливать больше энергии», — поясняет младший научный сотрудник МИЭМ НИУ ВШЭ Николай Каликин.
Суперконденсаторы применяют в промышленности, возобновляемой энергетике, робототехнике и даже в общественном транспорте. Например, некоторые электробусы используют суперконденсаторы, чтобы быстро зарядиться на остановке и двигаться до следующей. «Эта статья — часть большого исследовательского проекта. Мы развиваем методологию численного моделирования двойных электрических слоев на границе металл — электролит. Сейчас мы подготовили теоретическую базу, а в будущем планируем создать программу, которая позволит моделировать поведение ионов и проводить инженерные оценки дифференциальной электрической емкости, — поясняет Юрий Будков. — Это поможет инженерам, которые разрабатывают суперконденсаторы, глубже понять физико-химические процессы в двойных электрических слоях суперконденсаторов и создавать более мощные и эффективные устройства».
Telegram 
Дзен 
VK Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), обнаружили в результатах экспериментов неожиданные данные. Они могут свидетельствовать о существовании топония, связанного состояния топ-кварка и его антикварка.
Международная группа исследователей из Китая, США и Германии разработала метаматериал с выдающейся механической емкостью хранения энергии. Придать ему уникальные характеристики удалось за счет структуры — скрученных гибких стержней, деформирующихся по спирали.
Ученые из Наньянского технологического университета (Сингапур) разработали альтернативную фасадную плитку для охлаждения зданий. Ее особенность состоит в сочетании уникальных качеств, подсказанных самой природой. С одной стороны, большую энергоэффективность материалу придает использование грибницы. С другой — фактура, как у кожи слона, плотная, неровная, состоящая из складок и бугров и лишенная потовых и сальных желез.
Специалисты Института истории материальной культуры РАН ведут работы по созданию единого цифрового архива Старой Ладоги — древнейшего городского поселения на Северо-Западе России. В базу войдут оцифрованные материалы более чем за 100 лет археологических исследований: от рукописных отчетов экспедиций XX века до современных 3D-моделей раскопов.
Множество ученых по всему миру объединились, чтобы составить и опубликовать всеобъемлющую дорожную карту разработки межатомных потенциалов машинного обучения в области материаловедения и инженерии. Они подробно описали, как машинное обучение должно привести к революции в нашем понимании в проектировании и открытии новых материалов, позволяя проводить компьютерное моделирование атомов.
Ученые РТУ МИРЭА в сотрудничестве с МГУ имени М.В. Ломоносова создали новый способ изготовления пористой керамики из корунда методом холодного спекания. Они доказали, что пористую керамику для фильтрации воды можно создавать при температуре 450°С вместо обычных 1500°С. Такой результат получен впервые в мире. Этот подход позволяет создавать эффективные фильтрующие материалы при значительно меньших энергозатратах по сравнению с традиционными технологиями.
В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.
Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).
Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно