Дослідники з Сколтеха і Університету Аалто в Фінляндії створили новий еластичний суперконденсатор на основі електродів з одношарових вуглецевих нанотрубок. У перспективі суперконденсатори можуть замінити собою сучасні акумулятори.
У процесі розробки новітнього пристрою вченими були використані плівки одношарових вуглецевих нанотрубок (ОУНТ). Вони відрізняються від своїх багатошарових «побратимів» тим, що мають лише одну стінку, зібрану з атомів вуглецю (проста аналогія — трубочка для коктейлю).
ОУНТ володіють чудовими оптоелектрическими і механічними властивостями. В еластичному суперконденсаторе вони виступають в якості струмовідводів, а також у ролі активних електродів. Прозорий еластичний суперконденсатор був успішно реалізований шляхом складання двох електродів, що складаються з підкладки полидиметилсилоксана (ПДМС) і ОУНТ електродів, нанесених на неї, а також гелевого електроліту, розташованого між ними.
Одностінні вуглецеві нанотрубки мають безліч унікальних властивостей, які є корисними для широкого спектру застосувань, у тому числі для нового розвивається напрямки гнучкої електроніки. Плівки на основі ОУНТ демонструють винятково високі значення модуля пружності та межі міцності при розтягуванні і є найміцнішими з відомих наноматеріалів. Вони також володіють високою пористістю та питомою площею поверхні (важливо для накопичення заряду), а також високою прозорістю і гнучкістю.(Вже зараз їх використовують для створення гнучких і чутливі до дотиків екранів, наприклад.)
Крім того, ОУНТ можуть пропускати високі струми, що робить їх ідеальними кандидатами для заміни матеріалів, таких як мідь та алюміній швидко заряджаються/разряжающихся ланцюгах. У дослідженні, проведеному ученими Росії і Фінляндії, цей тип нанотрубок був синтезований аерозольним методом хімічного газофазного осадження (відбувалося розкладання парів фероцену в атмосфері монооксиду вуглецю). Такі ОУНТ, зібрані в реакторі на нітроцелюлозний фільтр, можуть бути легко перенесені на будь-яку поверхню, в тому числі і на еластичні підкладки, такі як ПДМС.
Однією з ключових особливостей, виготовлених в даному дослідженні пристроїв, є використання особливого — гелевого — електроліту. Такий вибір електроліту обумовлений тим, що широко використовуються електроліти, як правило, є рідкими і вони, таким чином, не придатні для використання в еластичних суперконденсаторах з-за проблем, пов’язаних з витоком.
Після виготовлення вчені перевірили властивості еластичного суперконденсатора. Виявилося, що пристрій на його основі може бути зігнуто, складено і навіть розтягнуто без видимих змін у його продуктивності. Прозорість такого пристрою становить 75%.
Для поліпшення характеристик пристрою дослідники розробили підхід, заснований на нанесенні гелю електроліту на ОУНТ плівку, що знаходиться в заздалегідь розтягнутому положенні. У результаті вчені отримали таку структуру суперконденсатора, яка може бути розтягнута до 120% без істотної зміни ємності навіть після 1000 циклів розтягування і після 1000 циклів заряду-розряду.Для такого підходу, заснованого на попередньому розтягуванні електродів, обчислена питома ємність приладу склала 17,5 Ф/г-1, що вище, ніж значення, отримане при використанні рідкого або гелевого електроліту без попереднього розтягування, а також порівняно з останніми відомими отриманими результатами.
Така конфігурація дозволила розтягнути суперконденсатор, долаючи обмеження, що виникає для звичайних конфігурацій суперконденсаторів, в яких два електрода починають зсуватися щодо сепаратора при розтягуванні.
«Характеристики суперконденсаторів при розтягуванні до 120% залишаються незмінними навіть в стані максимального розтягування, а також після тисячі циклів розтягування. Плівки ОУНТ, стійкі до розтягування, можуть знайти широке застосування для нової еластичною електроніки, при створенні електродів в пристроях для накопичення енергії.Така висока еластичність, в поєднанні з прозорістю та високою питомою ємністю дозволяє стверджувати, що отримані суперконденсатори мають великий потенціал для майбутнього практичного застосування в носимой електроніці», — пояснює Альберт Насібулін, один з авторів розробки і професор Сколковского Інституту Науки і Технологій.
Результати спільного дослідницького проекту опубліковані в журналі Королівського хімічного товариства Великобританії RSC Advances.
Додамо, що раніше суперконденсатори навчилися створювати з макулатури. Також вчені рапортували про самої технології збереження енергії в проводах».
