Прорив у суперконденсаторах — миттєве заряджання, велика ємність та 100+ тис. циклів витіснять Li-ion

Дослідники з Південної Кореї створили суперконденсатор, здатний стати реальною альтернативою Li-ion-батареям.

Зазначається, що нова технологія побудована на використанні одношарових вуглецевих нанотрубок та провідного полімеру поліаніліну, що дозволяє вирішити одну з ключових проблем суперконденсаторів — низьку енергоємність. У порівнянні зі звичайними Li-ion-акумуляторами, суперконденсатори здатні забезпечувати більш швидку зарядку та більш високу щільність потужності. Вони більш довговічні упродовж десятків тисяч циклів зарядки-розрядки. 

Між тим відносно низька енергоємність обмежувала використання суперконденсаторів у якості альтернативи Li-ion-акумуляторам у електрокарах, гаджетах та безпілотниках. Група дослідників під керівництвом доктора Бон-Чеол Ку та доктора Со Гюн Кім із Центру досліджень вуглецевих композиційних матеріалів Корейського інституту науки та технологій (KIST), а також професора Юаньчже Пяо із Сеульського національного університету (SNU) створили хімічно пов’язані між собою одношарові вуглецеві нанотрубки з високою провідністю та міцністю.

При цьому молекули поліаніліну, рівномірно розподілені по всій площі структури, зберігають заряди, значно підвищуючи енергоємність та потужність. Поліанілін легко піддається обробці і коштує відносно недорого для використання у нанорозмірних структурах. 

Волокниста структура таких вуглецевих нанотрубок одночасно посилює потік електронів та іонів, дозволяючи суперконденсатору зберігати більше енергії і вивільняти її значно швидше. Суперконденсатор продемонстрував стабільну продуктивність навіть після понад 100 тис. циклів зарядки-розрядки. Він залишається надійним навіть в умовах високої напруги. Це дозволяє пристрою замінити або ж виступити доповненням до Li-ion-акумуляторів. 

Ще однією перевагою такого суперконденсатора є висока гнучкість матеріалу, який можна складати та згинати. Це робить його ідеальним для використання у портативних електронних пристроях.

Крім того, вчені розробили плівкові структури на основі цієї технології, що знижує витрати на виробництво та спрощує перехід до масового виробництва. У майбутньому вона використовуватиметься у якості ключової технології, що забезпечує перехід до суспільства з нульовим викидом вуглецю в різних галузях промисловості, таких як електромобілі, роботи, безпілотники та портативні пристрої.

Результати дослідження були опубліковані у журналі Science

Джерело: TechXplore; Interesting Engineering