Создан аккумулятор, который заряжается за несколько секунд. Солнечные батареи, работающие 24 часа в сутки, чипы для мобильников со встроенными аккумуляторами, способными перезаряжаться в течение нескольких секунд, – вот возможности суперконденсатора, созданного материаловедами США из Университета Вандербильта, о котором они рассказали в октябрьском выпуске журнала Scientific Reports.
Что самое интересное, новые суперконды основаны на кремнии, что для любого специалиста до сегодняшнего дня звучало парадоксом. Но это именно так.
В отличие от обычных аккумуляторов, запасающих энергию за счет химических реакций, сегодняшние суперконденсаторы запасают ее, набирая ионы на поверхности пористого материала. В результате они вместо часов разряжаются и заряжаются не за часы, а за минуты. Однако они слишком громоздки, чтобы всерьез конкурировать с ион-литиевыми батарейками, и их ниши на рынке очень немногочисленны. Пытаясь решить эту проблему, многие лаборатории начали разрабатывать идею создания суперкондов на графеновой основе, однако пока технологии получения нужных материалов очень трудоемки и ненадежны.
Команда из Университета Вандербильта решила пойти радикально иным путем – в качестве пористого материала использовать кремний, поверхность которого легко можно сделать пористой путем обыкновенного электрохимического травления. Оставалось решить проблему, из-за которой эксперты считают идею с кремнием невыполнимой: он с готовностью вступает в реакции со многими химикатами, входящими в состав электролитов, обеспечивающих поступление ионов для подзарядки.
Чтобы умерить химическую активность кремния, исследователи решили покрыть его уже пористую поверхность нанослоем углерода, желательно графеном. И им это удалось – после отжига в печи оказалось, что кремний со всеми его многочисленными порами покрыт тонкой пленочкой углерода толщиной несколько нанометров.
Полученный ими графен своих удивительных качеств в данном случае не демонстрирует, он всего лишь играет роль защитного покрытия, химически стабилизируя кремниевую поверхность и не мешая ей набирать ионы. Однако суперконденсаторы на основе кремния с графеновым покрытием, как выяснилось, на два порядка увеличивают плотность запасаемой энергии по сравнению с существующими коммерческими аналогами.
По словам адьюнкт-профессора Кери Пинта, возглавляющего эту разработку, их кремниевый суперконд может найти множество применений в современных технологиях. Он может быть размещен на неиспользуемых кремниевых поверхностях чипов, скажем, тех же, что составляют основу современных мобильных гаджетов. Его можно разместить на оборотной стороне солнечных батарей, которые с его помощью будут запасать энергию при солнечном свете и отдавать ее после заката солнца, обеспечивая, таким образом, круглосуточное электропитание. И этими примерами список возможных применений наверняка не кончается. «Современный человек зависит от множества вещей, требующих электрического питания, – говорит Пинт. – И чем больше мы сможем интегрировать энергоаккумуляторы в существующие материалы и устройства, тем более компактными и эффективными они станут».
По материалам: directpress.ru
