Нанопористые гидроксиды позволяют создавать суперконденсаторы
 Схематическое изображение процесса производства и структура нанопористого гидроксида никеля. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Конденсаторы – это устройства, которые хранят электрический заряд. Суперконденсаторы, также известные, как конденсаторы с двойным электрическим слоем или электрохимические конденсаторы, могут сохранять гораздо больший заряд, благодаря особому «двойному электрическому слою», формирующемуся на границе электрода с электролитом при подаче напряжения.
Суперконденсаторы часто используются при конструировании устройств для заполнения пробела между обычными конденсаторами и аккумуляторами. Как правило, они создаются из углеродных материалов или оксидов переходных металлов и имеют высокую плотность мощности и способность выдержать большое количество циклов заряда – разряда. Тем не менее, эти устройства довольно дороги, поэтому исследователи со всего мира заняты поиском альтернативных материалов для их создания.
Группа ученых из Rice University (США) предложила использовать в качестве структурного материала нанопористый гидроксид никеля. Согласно последней опубликованной работе ученых, этот материал отвечает всем существующим требованиям. Чтобы показать это, исследователи создали прототип суперконденсатора на основе тонкой пленки трехмерного гидроксида никеля. Для этого они сначала с помощью методики, известной как анодирование, подготовили тонкую пленку нанопористых слоев NiF2 / NiO на поверхности никелевой фольги. После чего упомянутые слои преобразовали в гидроксид никеля с помощью гидротермальной обработки.
Использованный процесс анодирования позволяет создать пористый слой (в итоговом устройстве он становится активным слоем), который хорошо закреплен на поверхности никелевой фольги (выполняющей роль коллектора тока), поэтому для построения готового суперконденсатора не требуется никаких дополнительных связующих звеньев или материалов. Это упрощает процесс производства, а значит, уменьшает его стоимость.
Пористая структура позволяет значительно увеличить емкость суперконденсатора, благодаря формированию большого количества активных центров. Полученное таким образом устройство работает в широком диапазоне напряжений (до 1,6 В), имея при этом высокую емкость, плотность энергии порядка 68 Вт*ч/кг и плотность мощности около 44 кВт/кг. В цепи оно способно выдержать более 10 тыс. циклов заряда-разряда.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.
В перспективе созданное устройство (а также идея его конструкции) может использоваться при создании литий-ионных батарей и в процессе расщепления молекул воды. В данный момент научная группа продолжает исследования, создавая гибридные устройства, способные не только хранить, но и генерировать энергию.
Также по теме:
- Гибкие электронные компоненты из массивов нанотрубок
- Композит из графена и углеродных нанотрубок позволяет запасать энергию
- Разработаны наноструктурированные конденсаторы для возобновляемых хранилищ энергии
- Самый емкий графеновый суперконденсатор
- Графеновые электроды позволили создать высокочастотный «суперконденсатор»
Источники: