Процессоры для смартфонов со встроенными аккумуляторами, которые заряжаются через несколько секунд, солнечные батареи, которые работают 24 часа в сутки, — все это возможности инновационного суперконденсатора, разработанного учеными США из Университета Вандербильта. О своем изобретении они рассказывают в октябрьском выпуске журнала Scientific Reports.
Самым интересным является то, что новые суперконденсаторы базируются на кремнии. Любой специалист до сегодняшнего дня мог сказать, что это парадокс.
Как известно, обычные аккумуляторы запасают энергию благодаря химическим реакциям. Изобретенные конденсаторы запасаются ею, набирая ионы на поверхности пористого материала. В результате этого время их зарядки и разрядки измеряется не в часах, а в минутах. Однако их громоздкость мешает им конкурировать с ион-литиевыми батареями. Многие исследователи пытаются решить эту проблему, создавая суперконденсаторы на основе графена, однако на данный момент технологии получении нужных материалов очень ненадежные и трудоемкие.
Группа ученых Университета Вандербильта выбрала совсем другой путь — в качестве пористого материала они используют кремний, поверхность которого легко делается пористой за счет электрохимического травления. Осталось только решить проблему, из-за которой специалисты считают идею с кремнием неосуществимой: он активно участвует в реакциях с многими химикатами, которые входят в состав электролитов, что в свою очередь, обеспечивают поступление ионов для подзарядки.
Для уменьшения химической активности кремния, специалисты покрыли его пористую поверхность слоем углерода — графеном. Им удалось после отжига получить кремний с его многочисленными порами и покрытым тонкой пленкой углерода толщиной несколько нанометров.
Графен не демонстрирует удивительные качества в данном случае, он только играет роль защитного покрытия, которое стабилизирует поверхность кремния и не мешает ей получать ионы. Как выяснилось, суперконденсаторы на основе кремния с графеновым покрытием на два порядка увеличивают плотность энергии по сравнению с существующими аналогами.
Читайте также: Создан гибкий аккумулятор
Адъюнкт-профессор Кэри Пинт, который возглавляет проект разработки, считает, что их кремниевый суперконденсатор может применяться во множестве современных технологиях. Например, его можно разместить на неиспользуемых кремниевых поверхностях чипов или на обратной стороне солнечных батарей, которые будут запасаться энергией при солнечном свете и использовать ее после заката.
Источник: StokNews