Американские ученые используют графен для создания пластикового суперконденсатора рекордной емкости
Суперконденсаторы играют важную роль в продвижении безуглеродной энергетики. Они способны быстро накапливать заряд большой мощности и так же быстро отдавать его пользователям, что необходимо, например, в электромобилях в режимах рекуперации энергии торможения. Именно поэтому разработка новых материалов для суперконденсаторов не прекращается и окупается, что подтверждает новое исследование.
В частности, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (г.Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) разработала технологию производства перспективных суперконденсаторов с лучшими характеристиками, чем нынешние аналоги.
Однако самое интересное то, что в качестве материала для хранения заряда использовался полимер возрастом более 40 лет. Исследователи использовали поли-(3,4-этилендиокситиофен), или сокращенно PEDOT. Этот пластик широко используется в электронике и дисплеях, поскольку он может быть прозрачным.
Проблема всех суперконденсаторов заключается в том, что они хранят заряд в тонком слое у поверхности. Чтобы сохранить больше заряда, площадь поверхности электрода должна быть как можно большей. Это задача для ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе – разработать процесс выращивания полимерного электрода с максимально возможной площадью поверхности. Исследователям это удалось: они предложили выращивать полимерные волокна PEDOT, как траву на газоне, используя графен в качестве подложки и осаждать полимер из паровой фазы для получения длинных волокон.
«Уникальный вертикальный рост материала позволил нам создать электроды PEDOT, которые сохраняют гораздо больше энергии, чем традиционные слои PEDOT. Электрический заряд накапливается на поверхности материала, а традиционные слои PEDOT не имеют достаточной площади поверхности, чтобы удерживать очень большой заряд. Мы увеличили площадь поверхности PEDOT и, следовательно, его емкость, достаточную для создания суперконденсатора».
Азва Махер Эль-Кади, автор статьи и ученый-материаловед из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Созданный таким образом суперконденсатор показал емкость 4600 мФ/см² (миллифарад на квадратный сантиметр), что значительно выше, чем у обычных полимерных слоев того же материала. Это примерно в четыре раза больше, чем у нынешних суперконденсаторов на той же основе. Новая разработка также обеспечивает 100-кратное улучшение проводимости и выдерживает 70 000 циклов зарядки и разрядки.
Этот прорыв имеет серьезные последствия для будущего хранения энергии. Это, в свою очередь, может обеспечить более быструю зарядку электроники, увеличение запаса хода электромобилей и усовершенствованные решения для хранения возобновляемой энергии. Ученые убеждены, что за этой разработкой будущее.
