Исследователи из Сколтеха, Университета Аалто и Массачусетского технологического института разработали высокопроизводительный, экономичный и экологически безопасный эластичный суперконденсатор с перспективами применения в носимой электронике.
Схема нового суперконденсатора / ©Павел Одинев / Пресс-служба Сколтеха
Результаты исследования опубликованы в Journal of Energy Storage. Суперконденсаторы, обладающие высокой удельной мощностью и скоростью зарядки-разрядки, длительным сроком службы и экономичностью, являются перспективным источником питания для широкого спектра технических систем – от мобильной и носимой электроники до электромобилей.
Однако создание суперконденсатора, который одновременно обладал бы высокой удельной энергоемкостью, был безопасен, экологичен и подходил бы для небольших устройств, оказалось весьма непростой задачей.
«Для повышения удельной энергоемкости суперконденсаторов обычно используют ионные жидкости, которые не только являются опасными и экологически вредными, но и значительно уступают по удельной мощности водным электролитам с более высокой проводимостью», – отмечает один из авторов статьи, профессор Университета Аалто Таня Каллио.
Исследователи предложили новое решение для получения «зеленого» и простого в изготовлении суперконденсатора. Для этого требуется твердотельный материал на основе пластинчатых электродов из графена, легированного азотом, вводимый в NaCl-содержащий гидрогелевый раствор электролита.
Полученную структуру помещают между двумя токосъемниками из пленок однослойных углеродных нанотрубок, что обеспечивает эластичность суперконденсатора. Использование гидрогеля позволяет добиться высокой удельной энергоемкости суперконденсатора при компактном исполнении, а также использовать экологически чистый электролит.
В созданном прототипе суперконденсатора ученым удалось обеспечить более высокую объемную емкость, удельную мощность и энергоемкость по сравнению с аналогичными суперконденсаторами, описанными в предыдущих исследованиях. «Мы изготовили прототип, у которого производительность оставалась неизменной после тысячи циклов растяжения при деформации в 50 процентов.
Для снижения стоимости и повышения экологичности суперконденсатора мы использовали электролит на основе обычной поваренной соли. Затраты на изготовление суперконденсаторов можно снизить и в дальнейшем, если использовать 3D-печать и другие современные производственные технологии», – сказал в заключение профессор Сколтеха Альберт Насибулин.
