Пряжа из нанопроволок ниобия позволит изготовить суперконденсаторы, для обеспечения импульса энергии, когда это необходимо. Суперконденсаторы - устройства, которые могут хранить и высвобождать электроэнергию импульсами, которые нужны для короткой по длительности передачи данных от носимых устройств. Они также могут быть полезны для других применений, где требуется высокая мощность в небольших объемах, таких как автономные микророботы.
Использование переносных электронных приборов медицинского назначения и контроля физических нагрузок стремительно растет, но при этом одним из самых больших ограничений является способность их крошечных батарей обеспечить устройства достаточным количеством энергии для передачи данных. Теперь исследователи из Канады и Массачусетского технологического института нашли новый перспективный подход для обеспечения коротких, но интенсивных импульсов энергии, необходимых в таких небольших устройствах.
Новый подход использует пряжу, сделанную из нанопроволок ниобия в качестве электродов крошечных суперконденсаторов (по сути пары электропроводящих волокон с изолятором между ними). Концепция описана в статье в журнале ACS Applied Materials.
Исследователи работают над увеличением производительности суперконденсаторов последние десять лет. Углеродные наночастицы, например, углеродные нанотрубки и графен, показали многообещающие результаты, но из-за их относительно низкой электропроводности исследования продолжаются дальше.
В этой новой работе учёные показали, что желательные характеристики для суперконденсаторов, такие как высокая плотность мощности, нельзя обеспечить при использовании наночастиц на основе углерода. Пряжа из нанопроволок ниобия может стать альтернативным вариантом.
Новые суперконденсаторы на основе нанопроволок имеют такую же производительность, как и существующие батареи, но занимают очень небольшой объем, что важно для устройств малого размера.
В идеале было бы желательно иметь высокую объемную плотность мощности (мощность в заданном объеме) и высокую объемную плотность энергии (количество энергии в заданном объеме), но пока никто не понял, как это сделать, говорят исследователи. Тем не менее, новое устройство обладает достаточно высокой объемной плотностью мощности, средней плотностью энергии и низкой стоимостью, комбинацией, которая хорошо подходит для многих приложений.
Пряжа из нанопроволок ниобия (изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа) может быть использована для изготовления очень эффективных суперконденсаторов. Добавление покрытия из проводящего полимера к нити (показано розовым) дополнительно увеличивает мощность заряда конденсатора. Положительные и отрицательные ионы в материале изображены в виде голубых и красных шаров.
В целом суперконденсаторы на основе ниобия могут хранить до пяти раз больше энергии в заданном объеме, чем их вариант на основе углеродных нанотрубок.
Ниобий также имеет очень высокую температуру плавления, около 2500 0С, следовательно, устройства, сделанные из этих нанопроводов, потенциально пригодны для использования в высокотемпературных приложениях.
Кроме того, материал очень гибкий и может быть сплетен в ткань, давая возможность делать носимые модели; нанопроволоки ниобия всего 140 нанометров в диаметре - 140 миллиардных долей метра в поперечнике, или около одной тысячной ширины человеческого волоса.
Пока материал был произведен только в лабораторных условиях. Следующим шагом станет изготовление прототипа реального устройства.
Источник: http://newsoffice.mit.edu/2015/nanowire-supercapacitors-energy-boost-0707