Новый материал для конденсаторов с повышенным вмещением энергии. Исследовательская группа во главе с Университетом Тохоку в Японии разработала новые материалы для суперконденсаторов с более высоким напряжением и лучшей стабильностью, чем у других материалов. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Energy and Environmental Science .

GMS лист и его суперконденсатор соединены с двумя светодиодами. Фото: Хиротомо Нишихара

Суперконденсаторы представляют собой перезаряжаемые накопители энергии с широким спектром применения, от оборудования до интеллектуальных счетчиков. Они предлагают много преимуществ по сравнению с батареями, в том числе более быструю зарядку и более длительный срок службы, но они не так хороши в хранении большого количества энергии.

Ученые долго искали высокоэффективные материалы для суперконденсаторов, которые могли бы соответствовать требованиям для энергоемких приложений, таких как автомобили. «Очень сложно найти материалы, которые могут работать как при высоком напряжении, так и оставаться стабильными в суровых условиях», – говорит Хиротомо Нишихара, материаловед из Университета Тохоку и соавтор статьи.

Нишихара и его коллеги совместно с компанией по производству суперконденсаторов TOC Capacitor Co. разработали новый материал, который демонстрирует необычайно высокую стабильность в условиях высокого напряжения и высокой температуры.

Активированные угли используются для электродов в конденсаторах, но они ограничены низким напряжением в отдельных элементах, строительными блоками, из которых состоят конденсаторы. Это означает, что большое количество элементов должно быть сложено вместе для достижения требуемого напряжения. Важно отметить, что новый материал имеет более высокое напряжение для одной ячейки, что уменьшает количество стеков и позволяет устройствам быть более компактными.

Новый материал представляет собой лист, изготовленный из непрерывного трехмерного каркаса графенового мезоспона, материала на основе углерода, содержащего наноразмерные поры. Ключевой особенностью материалов является то, что они являются бесшовными – они содержат очень небольшое количество углеродных кромок, мест, где происходят коррозионные реакции, и это делает его чрезвычайно стабильным.

Исследователи исследовали физические свойства своего нового материала, используя электронную микроскопию и ряд физических испытаний, включая методы рентгеновской дифракции и вибрационной спектроскопии. Они также протестировали коммерческие материалы на основе графена, включая одностенные углеродные нанотрубки, восстановленные оксиды графена и трехмерный графен, используя активированные угли в качестве эталона для сравнения.

Они показали, что материал обладает превосходной стабильностью при высоких температурах 60° С и высоком напряжении 3,5 В в обычном органическом электролите. Примечательно, что он продемонстрировал сверхвысокую стабильность при 25° C и 4,4 В, что в 2,7 раза выше, чем у обычных активированных углей и других материалов на основе графена. «Это мировой рекорд стабильности напряжения углеродных материалов в симметричном суперконденсаторе», – говорит Нишихара.

Новый материал прокладывает путь к разработке высоконадежных высоковольтных суперконденсаторов, которые можно использовать для многих применений, в том числе для автомобилей.

По материалам phys.org