Суперконденсатор с молекулярным покрытием

Конденсатор – это устройство, используемое как часть цепи, которая может накапливать и отдавать энергию, как и батарея. Что отличает конденсатор от аккумулятора, так это то, что он заряжается гораздо быстрее. Например, аккумулятор мобильного телефона будет питать ваш телефон, но зарядка этого аккумулятора до 100% после его разрядки далеко не мгновенна.

Хотя это делает конденсаторы превосходным выбором, у них есть некоторые большие недостатки, которые необходимо преодолеть. Во-первых, их емкость намного меньше, чем у батареек, поэтому они не могут хранить большое количество энергии. Во-вторых, они могут быть довольно дорогими. В последние годы были разработаны суперконденсаторы (конденсаторы с увеличенной емкостью и производительностью) с использованием наноуглеродных материалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ), которые увеличивают площадь поверхности и, следовательно, общую емкость. Однако из-за дороговизны наноуглеродных материалов масштабное производство с использованием этой технологии не является экономически эффективным.

Для решения этих специфических проблем и улучшения общей производительности конденсаторов была сформирована исследовательская группа, состоящая из профессора Хироси Ябу (Университет Тохоку), AZUL Energy Co., Ltd. (венчурная компания из Университета Тохоку) и Центра совместного творчества AZUL Energy x Tohoku University Bio-Inspired GX. Команде удалось увеличить емкость суперконденсаторов в 2,4 раза (до 907 F/gAC) по сравнению с одним только углем путем «распыления» на активированный уголь азафталоцианина железа (FeAzPc-4N), разновидности синего пигмента. Этот метод позволяет молекуле адсорбироваться на молекулярном уровне, используя свои окислительно-восстановительные способности. Кроме того, исследование показало, что 20 000 циклов заряда-разряда нового конденсатора возможны даже в при высокой нагрузке 20 А/гAC, что делает возможным питание светодиодов.

Конденсаторный электрод, разработанный в этом исследовании, может увеличить емкость до уровня суперконденсаторов с использованием УНТ при использовании общедоступного и недорогого активированного угля, что делает его потенциальным вариантом для энергетических устройств следующего поколения. Следующий шаг для команды – сделать суперконденсатор еще более емким.

На рисунке: молекула активированного угля с адсорбированными молекулами азафталоцианина железа (вверху), коэффициент увеличения емкости и емкости относительно только активированного угля (внизу слева), емкость и удержание емкости после повторяющихся циклов заряда-разряда при 20 А/гAC (внизу в центре), а также эксперимент со светодиодным освещением с использованием простой зарядно-разрядной ячейки с двумя последовательно соединенными конденсаторными ячейками (внизу справа). Фото: Хироси Ябу.

Источник: https://techxplore.com/news/2024-09-supercapacitor-molecular-coating-approach.html