Перспектива будущего, в котором электрические приборы больше не ограничены внешними источниками питания, является одной из причин нынешнего интереса в создании устройств для хранения электрической энергии непосредственно в самих продуктах, таких как ноутбук, чей корпус одновременно является и батареей, или электрический автомобиль, питающийся от энергии, запасенной в его ходовой части, или дом, где стены и наружная обшивка хранят электричество, от которого работают освещение и приборы.

Разработчики говорят, что их устройства демонстрируют, возможность создания материалов, которые могут хранить и отдавать значительное количество электроэнергии, в то время как они подвергаются реальным статическим нагрузкам и динамическим силам, таким как вибрации или удары.

Разработанное устройство является суперконденсатором, который хранит электроэнергию путем накопления электрически заряженных ионов на поверхности пористого материала, вместо использования химических реакций, как в аккумуляторах. В результате, суперконденсатор может зарядиться и разрядиться в считанные минуты, а не часы, и работать миллионы циклов, вместо тысячи, как батареи.

Новый суперконденсатор безупречно работает в режимах хранения и разряда при воздействии нагрузок или давлений до 0,3 МПа и колебательных ускорений более 80g (значительно больше, чем действует на лопатки турбины в реактивном двигателе). Кроме того, устройство обладает достаточной механической прочностью для хранения энергии.

Одним из недостатков суперконденсаторов по сравнению с батареями является то, что они должны быть больше и тяжелее, чтобы сохранить такое же количество энергии, как литий-ионные батареи. Тем не менее, разница не столь важна при рассмотрении многофункциональных систем хранения энергии.

Электроды устройства выполнены из кремния и химически обработаны таким образом, что они имеют наноразмерные поры на внутренних поверхностях, которые затем покрыты защитным ультратонким графеноподобным слоем углерода. Между двух электродов находится полимер, который действует как накопитель заряженных ионов. Когда электроды прижаты друг к другу, полимер просачивается в крошечные поры. При охлаждении и затвердевании полимера, он образует механически прочную связь.

Вид суперконденсатора сбоку. Голубой полимер склеивает кремниевые электроды вместе.

 

Использование кремния в подобных суперконденсаторах лучше всего подходит для бытовой электроники и солнечных батарей, но разработчики уверены, что устройство может быть выполнено и из других материалов, таких как углеродные нанотрубки и легкие пористые металлы, такие как алюминий.

Источник: news.vanderbilt.edu

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта