Химики Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая создали микросуперконденсатор, способный работать в широком диапазоне температур — от -30 до +80 градусов Цельсия — и при этом стабильно сохранять более 75,5% емкости заряда. В будущем технология ученых может лечь в основу создания эффективных гибких устройств хранения энергии для работы в экстремальных условиях. Об этом CNews сообщили представители ТПУ.
Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Journal of Power Sources (Q1, IF: 7,9).
Микроконденсаторы сегодня являются наиболее перспективным типом миниатюрных устройств для хранения энергии. Они обладают высокой мощностью и циклической стабильностью, а также способны быстро заряжаться. Главная проблема современных гибких аккумуляторов — потеря работоспособности в экстремальных условиях: электролиты либо замерзают на холоде, либо высыхают на жаре.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами из Китая создали новый тип гибкого планарного микросуперконденсатора. Он состоит из двумерной однослойной фазы дисульфида молибдена, который нанесли на восстановленный оксид графена (RGO), и гидрогелевого электролита. Наноструктуры MoS2 имеют форму «цветов», что резко увеличивает площадь полезной поверхности и количество активных центров для хранения заряда. Электролит изготовлен на основе полиакриламида и трегалозы (природного сахара) с добавлением хлорида лития. Трегалоза образует прочные водородные связи с полимерными цепями и молекулами воды. Это одновременно предотвращает образование льда при отрицательных температурах и замедляет испарение влаги при нагреве
«К современной носимой электронике сегодня предъявляются серьезные требования: она должна не только обладать высоким объемом энергии, но и быть гибкой, легкой, выдерживать перемену температур и движение тела. Наша технология обеспечивает высокую удельную емкость и долговечность, но при этом состоит из недорогих материалов, что делает ее потенциально перспективной для серийного производства», — сказал один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Устройство политехников обладает объемной плотностью энергии до 15,0 мВтч на кубический сантиметр. Дополнительно ученые провели серию тестов, в которых сгибали новые суперконденсаторы: после 8000 циклов он сохраняет более 88% емкости при комнатной температуре, и более 75,5% емкости в широком диапазоне температур. Таким образом, разработка способна стабильно работать при широком диапазоне температур — от -30 до +80 градусов Цельсия.
Для питания реальных схем конденсаторы могут соединяться последовательно или параллельно для увеличения напряжения и тока. Такие соединения легко реализовать благодаря использованию простой и недорогой технологии изготовления — струйной печати.
«Наша технология подходит для применений, где важна гибкость, безопасность и работа в условиях переменных температур. Например, в носимой электронике, медицинских мониторах и миниатюрных системах бесперебойного питания», — сказал ученый.
В будущем ученые планируют оптимизировать материалы электродов и состав гидрогеля для увеличения плотности энергии и долговечности микроконденсатора для работы в условиях реальной эксплуатации.
В исследовании приняли участие ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха и Университет электронных наук и технологий Китая.
Поделиться
