Американські фізики розробили новий тип суперконденсатора, який зберігає повну функціональність після багаторазового розтягування і втрачає лише кілька відсотків енергетичної продуктивності після 10 000 циклів заряду та розряду.
Суперконденсатор в цілому працює як звичайна батарея, але відрізняється від неї декількома важливими параметрами. Зокрема, електростатичний двошаровий суперконденсатор запасає енергію за допомогою поділу зарядів і не може створювати власну електрику. Його потрібно заряджати якимось зовнішнім пристроєм.
Зате суперконденсатори можуть видавати енергію у вигляді коротких, але потужних виплесків, а не довгим, але повільним потоком. Також вони швидше заряджаються і витримують більше циклів заряду-розряду. Тому вони відмінно підходять для фотоспалахів або стереопідсилювачів. Однак заковика в тому, що більшість суперконденсаторів тверді та крихкі.
Вчені з Університету штату Мічиган та Дюкського університету описали результат свого дослідження - суперконденсатор розміром з марку, здатний зберігати понад два вольти. Поєднавши чотири таких суперконденсатори разом, вони отримали батарею, здатну живити електронний годинник Casio протягом півтори години.
Для того щоб зробити суперконденсатор еластичним, вчені виростили «ліс» з вуглецевих нанотрубок - масив з мільйонів елементів діаметром 15 нм та висотою 20 - 30 мкм - поверх кремнієвої підкладки. Потім вони покрили їх тонким шаром золотої фольги, яка діє як свого роду струмознімач, що скидає опір приладу на порядок, у порівнянні з попередньою версією. Це дозволило пристрою заряджатися та розряджатися набагато швидше.
«Ліс» з вуглецевих нанотрубок. Фото: Changyong Cao, Michigan State University
Після цього дослідники перенесли нанотрубки на заздалегідь розтягнуту підкладку з еластомеру золотою стороною донизу. В процесі повернення до оригінального розміру шар золота ламається і зіштовхує «дерева» нанотрубок. Це значно підвищує площу доступної поверхні, а значить - і обсяг заряду. Нарешті, надщільний масив заповнюється гелеподібним електролітом, який уловлює електрони на поверхні нанотрубок.
Коли вуглецеві нанотрубки розміщуються на еластомірному субстраті, попередньо розтягнутому у двох напрямках, це створює лабіринт зі спагеті, покращуючи продуктивність суперконденсатора. Фото: Changyong Cao, Michigan State University
Суперконденсаторами можуть бути оснащені портативні пристрої, або їх можна комбінувати з іншими компонентами. Наприклад, суперконденсатори можуть заряджатися в лічені секунди, а потім поступово заряджати батарею, яка виступає як основне джерело енергії для пристрою. Суперконденсатори вже використовуються в системах рекуперативного гальмування або для швидкої зарядки громадських автобусів на зупинках в Японії. А еластичні варіанти підійдуть для переносної електроніки та біомедичних пристроїв.
Нагадаємо, що зовсім недавно фахівці з Університетського коледжу Лондона розробили дослідний зразок суперконденсатора з високою питомою потужністю та високою щільністю енергії одночасно. Цей важливий технологічний прорив дозволить замінити суперконденсаторами сучасні акумулятори в електромобілях та смартфонах, скоротивши час їх зарядки до декількох хвилин.
За матеріалами: Phys.org
