Структурные суперконденсаторы заменят аккумуляторные батареи
Возможно ли представить себе будущее, в котором электроника будет избавлена от батарей, шнуров, розеток, вилок и по большому счету от любых внешних источников питания? Сейчас такая возможность думается немыслимой для обывателей, но учёные разглядывают её в полной мере серьёзно.
Хранение электроэнергии в корпусе ноутбука, шасси электромобиля либо в стенках дома сделает вероятным маленькая невзрачная серая пластинка, созданная исследователями Лаборатории наноматериалов и энергетических устройств (Nanomaterials and Energy Devices Laboratory) Университета Вандербильта.
«Это устройство демонстрирует, в первый раз, как мы это можем утверждать, что возможно создавать материалы, талантливые хранить и отдавать большое количество электричества, на протяжении того, как они подвергаются действию простых статических динамических усилий и нагрузок, таких как вибрация либо удары», — говорит Кэри Пинт (Cary Pint), доцент кафедры механики.
Новое устройство, созданное аспирантом Эндрю Вестовером (Andrew Westover) и Пинтом представляет собой суперконденсатор, что запасает энергию, собирая владеющие зарядом ионы с поверхности пористого материала, в отличие от аккумуляторная батарей, применяющих для этого химические реакции. В следствии суперконденсаторы смогут заряжаться и разряжаться в считанные секунды, а не часы, и сохранять работоспособность миллионы зарядно — разрядных циклов, а не тысячи, как батареи.
В отчёте о собственной работе, опубликованном 19 мая 2014 года в издании Nano Letters, Пинт и Вестовер пишут, что их новый структурный (несущий нагрузку) суперконденсатор трудится безупречно, запасая и отдавая заряд при действии давления до 44 фунтов силы на квадратный дюйм (0,303 МПа), и колебательных ускорений более 80 g, что намного больше, чем испытывают лопатки турбины двигателя реактивного самолёта. Механическая прочность не воздействует на его свойство запасать и хранить энергию.
Новый суперконденсатор выглядит как узкая серая пластинка, выполненная из кремниевых электродов, каковые были химически обработаны так, дабы в них появились наноразмерные поры. Снаружи электроды защищает ультратонкий слой углерода. Между электродами размещена полимерная плёнка, удерживающая заряженные ионы и играющаяся ту же роль, что электролит в батарее.
При сжатии полимер попадает в маленькие поры электродов, как будто бы расплавленный сыр в хорошо прижатые хлебцы сэндвича.
По окончании отвердения и охлаждения полимер делается очень прочным. Самой громадной проблемой при разработке несущих суперконденсаторов Вестовер именует предотвращение их расслоения. Но исследователи смогли с ней совладать. «Соединение нанопористого материала полимерным электролитом связывает посильнее, чем суперклей», — говорит аспирант.
Суперконденсаторы значительно отстают от литий — ионных батарей в удельной ёмкости. Чтобы оперировать одним и тем же числом энергии, конденсатор должен быть намного больше и тяжелее аккумуляторной батареи. Но в то время, как суперконденсатор запасает на порядок меньше энергии, он сохраняет работоспособность в тысячу раз продолжительнее.
Согласно мнению ученых, благодаря своим особенностям кремниевые структурные суперконденсаторы идеально подходят для применения в корпусах бытовой электроники и в солнечных батареях. Но, Пинт и Вестовер уверены, что неспециализированные правила их построения смогут быть перенесены на другие материалы, такие как углеродные нанотрубки либо алюминий.
по данным VU