Hitech logo

Идеи

Рекордный суперконденсатор сохраняет 81% ёмкости после 10 000 циклов

TODO:
Екатерина Шемякинская30 марта, 13:24

Группа исследователей из Китая разработала гибридный электролит для суперконденсаторов, который позволяет достичь термической стабильности при работе под высоким напряжением. Суперконденсатор с этим электролитом работает при напряжении 3,37 В, что втрое превышает характеристики водных аналогов. Еще он стабильно функционирует при температурах от 0 °C до 100 °C и сохраняет 81,8% емкости после 10 000 циклов при 60°C. Разработка может использоваться в системах рекуперативного торможения транспортных средств, источниках питания и электронных устройствах.

00
Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

Суперконденсаторы, или ионисторы, функционируют как накопители энергии. В отличие от аккумуляторов, которые запасают электрическую энергию посредством химических реакций, конденсаторы используют разделение заряженных частиц — ионов. В этих устройствах используется электролит (обычно ионизированная вода), сепараторы и два электрода с большой площадью поверхности. Это позволяет достичь более высокой емкости хранения энергии, чем у традиционных конденсаторов.

«Если ИИ — это мозг робота, то RPA — его руки». Что умеют программные роботы

Суперконденсаторы работают как быстро перезаряжаемые батареи, достигая полной зарядки за секунды, а не за часы. В отличие от обычных батарей, они высвобождают энергию мгновенно, а не хранят её долго. Под действием внешнего напряжения ионы электролита движутся к электродам с противоположным зарядом, формируя двойные зарядовые слои. Чем больше напряжения подается на цепь, тем больше заряда и энергии удерживает ионистор.

Проблема заключается в том, что вода распадается на ионы при повышении напряжения, что ограничивает емкость хранения энергии. А при экстремальных температурах вода либо замерзает, либо испаряется, что тоже плохо сказывается на работе устройства. Эти факторы препятствуют широкому применению суперконденсаторов.

Тогда ученые разработали гибридный электролит с тремя компонентами: вода, ионизированная жидкость EMIMNTf₂, сохраняющая жидкое состояние при комнатной температуре, и калиевая соль KOTf. В обычных условиях ионная жидкость плохо смешивается с водой, однако добавление калиевой соли улучшает этот процесс.

Компоненты электролита меняют расположение молекул воды вокруг ионов калия. Это не дает воде распадаться при высоком напряжении. Чем меньше свободных молекул воды, тем меньше вредных реакций, и суперконденсатор может работать при более высоких напряжениях. Кроме того, электролит стабилен при экстремальных температурах, в отличие от воды.

Суперконденсатор с новым электролитом функционирует при 3,37 Вт, что втрое лучше, чем водные аналоги. Устройство стабильно работает при температурах от 0 °C до 100 °C и сохраняет 81,8% емкости после 10 000 циклов заряда при 60 °C.