Не быть лапшой: в России нашли способ повысить емкость суперконденсаторов

Модель российских физиков обнаружила, что при применении полимерных электролитов в суперконденсаторах существует важное ограничение. Исследователи подобрали оптимальные для них параметры и надеются, что с их таких накопителей энергии можно будет создавать более эффективные устройства.

Исследователи из МИЭМ НИУ ВШЭ выяснили, что при замене типичного низкомолекулярного электролита на полиэлектролит суперконденсаторы с малыми порами электрода — менее нанометра — теряют емкость. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review E.

В отличие от аккумулятора, суперконденсатор создан не для длительного питания, а для кратковременных и мощных импульсов энергии и часто используется как резервный источник питания в смартфонах, автомобилях и различных гаджетах. Они меньше изнашиваются и в среднем служат на 5–10 лет дольше, чем аккумуляторы.

Заряд в них накапливается в двойном электрическом слое, образующемся на границе сред между жидким электролитом и электродом, к которому подведён электрический потенциал. В его модели ученые заменили традиционные низкомолекулярные электролиты — органические соли, кислоты и основания — на полимерные (в которых ионы сшиты в длинные цепи), что помогает увеличить емкость устройства.

Выяснилось, что что если поры электрода слишком узкие — их толщина меньше или равна нанометру — то полимерные цепи электролита не могут зайти внутрь. Полимерные цепочки подобны длинным макаронам в дуршлаге, которые очень сложно загнать внутрь узкой поры, поясняет один из авторов работы, профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Юрий Будков. Подобный эффект не возникает у низкомолекулярных электролитов: размер их ионов всего 0,3–0,4 нанометра.

Исследователи подобрали параметры, при которых полимер будет эффективно работать. По их мнению, грамотное применение полиэлектролитов позволит накапливать больше энергии.