Химики Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая создали инновационный микросуперконденсатор, способный работать в экстремальных температурных условиях – от -30 до +80 градусов Цельсия. Разработка сохраняет более 75,5% емкости заряда в широком температурном диапазоне и может стать основой для создания эффективных гибких устройств хранения энергии.
Фото: ТПУ
Новый гибкий планарный микросуперконденсатор состоит из двумерной однослойной фазы дисульфида молибдена, нанесенного на восстановленный оксид графена (RGO), и гидрогелевого электролита. Особенностью наноструктур MoS2 является их форма «цветов», что значительно увеличивает площадь полезной поверхности и количество активных центров для хранения заряда.
Электролит изготовлен на основе полиакриламида и трегалозы (природного сахара) с добавлением хлорида лития. Трегалоза образует прочные водородные связи с полимерными цепями и молекулами воды, что одновременно предотвращает образование льда при отрицательных температурах и замедляет испарение влаги при нагреве.
Устройство обладает объемной плотностью энергии до 15,0 мВтч на кубический сантиметр. В ходе испытаний ученые провели серию тестов сгибания новых суперконденсаторов: после 8 000 циклов устройство сохраняет более 88% емкости при комнатной температуре и более 75,5% емкости в широком диапазоне температур.
«Наша технология обеспечивает высокую удельную емкость и долговечность, но при этом состоит из недорогих материалов, что делает ее потенциально перспективной для серийного производства», – отмечает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Для питания реальных схем конденсаторы могут соединяться последовательно или параллельно для увеличения напряжения и тока. Такие соединения легко реализовать благодаря использованию простой и недорогой технологии изготовления – струйной печати.
«Наша технология подходит для применений, где важна гибкость, безопасность и работа в условиях переменных температур. Например, в носимой электронике, медицинских мониторах и миниатюрных системах бесперебойного питания», – добавляет ученый.
В будущем исследователи планируют оптимизировать материалы электродов и состав гидрогеля для увеличения плотности энергии и долговечности микроконденсатора для работы в условиях реальной эксплуатации. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Power Sources (Q1, IF: 7,9).
В работе приняли участие ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха и Университета электронных наук и технологий Китая.
Источник: ТПУ
Оцените новость 0 0 0 0 0 0 0