Новости перспективных технологий

Суперконденсаторы на органических гидрогелях достигли рекордной ёмкости

Изображение с сайта compulenta.ru

Суперконденсаторы отдают и заряжаются энергией в десятки раз быстрее, чем литиевые батареи, но обладают низкой удельной энергоёмкостью. Исследователи из Стэнфордского университета (США) разработали органический гидрогель (гель на водной основе), используя токопроводящий полимер полианилин. Применяя его в обкладках суперконденсатора, они добились ёмкости в 480 фарад на грамм (!), что почти впятеро лучше коммерческих образцов на традиционной углеродной основе (100 Ф/г) и втрое — самых продвинутых углеродных суперконденсаторов, находящихся в разработке.

По сути, разрыв между ионисторами и литиевыми батареями по удельной энергоёмкости падает с примерно 50 до 10 раз, и это серьёзная заявка на вытеснение лития из гибридных автомобилей.

Гидрогели на основе полианилина дёшевы и могут наноситься на поверхность при помощи струйного принтера. (Фото UCSD.)

В новом материале внутренняя структура напоминает скорее не гель, а вспененные полимеры, что резко увеличило площадь поверхности полианилина в геле. Это, в свою очередь, позволило ионистору в целом, выполненному из двух покрытых полианилиновым гидрогелем листов углерода, много лучше удерживать ионы и резко повысить ёмкость.

Помимо прочего, новый ионистор значительно стабильнее. Даже при зарядке с вольтажом в 10 раз выше обычно используемого устройство сохранило 93% первоначальной ёмкости, в то время как полианилиновые электроды в экспериментальных ионисторах теряли до 25–40% запасённой энергии при зарядке с вольтажом выше нормального. Даже после 10 тыс. циклов зарядки-разрядки на повышенном вольтаже ионистор сохранил 83% первоначальной ёмкости.

Ещё одно важное преимущество нового устройства — простота нанесения полианилина на углеродные листы: для этого достаточно разбрызгивателя или струйного принтера, могущих в поточном режиме наносить компоненты на листы. По мнению разработчиков, цена таких суперконденсаторов не превысит сложившуюся, по крайне мере в массовом производстве.

Для гибридных автомобилей типа Toyota Prius Plug-in Hybrid, страдающих от малоёмкостных аккумуляторов (4,4 кВт•ч), новые суперконденсаторы могут стать эффективной заменой и значительно увеличить предельную мощность, подаваемую на мотор, сократив время зарядки от сети и резко повысив эффективность регенеративного торможения. Так, сегодня вышеупомянутый гибрид заряжается от американской сети (120 В) за три часа, а от европейской (220–240 В) — за полтора, в то время как суперконденсаторы на полианилиновых гидрогелях могли бы сократить это время до считанных минут.

Соответствующая работа опубликована в журнале Proceedings of National Academy of Science.

Информация с сайта compulenta.ru с ссылкой на physicsworld.com.

Автор оригинального текста: Александр Березин.