Ученые из Сколтеха, МФТИ и Института нанотехнологий микроэлектроники РАН сообщили о значительном прорыве в создании материалов для суперконденсаторов — устройств, которые работают в паре с аккумуляторами в электромобилях, поездах и промышленной технике. Команда смогла увеличить удельную емкость углеродных наностенок в пять раз, оптимизировав воздействие ионов аргона на структуру материала. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе Сколтеха.
Суперконденсаторы выгодно отличаются от электрохимических аккумуляторов — они мгновенно отдают и принимают энергию, выдерживают широкий температурный диапазон и почти не изнашиваются. В системах электротранспорта они сглаживают пики нагрузки, ускоряют зарядку и продлевают срок службы батарей.
По словам руководителя исследования, старшего преподавателя Центра технологий материалов Сколтеха Станислава Евлашина, повышенная емкость достигается созданием в материале особых дефектов.
Углеродные наностенки представляют собой вертикальные графеновые слои толщиной до 10–15 слоев. Их разветвленная структура обеспечивает большую удельную поверхность, а значит — высокую емкость. Однако для дальнейшего улучшения характеристик материал подвергли ионной имплантации. Воздействие аргоновых ионов создало в наностенках дополнительные дефекты, которые впоследствии пассивировались функциональными группами при контакте с воздухом. Именно это и привело к росту емкости.
«Ранее мы уже показывали, как улучшить характеристики наностенок с помощью внедрения атомов других элементов. Теперь мы получили еще более значимый эффект, облучив материал аргоном. Подобранная доза вызывает максимум полезных дефектов, но не разрушает структуру», — отметил он.
Заместитель заведующего лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ Никита Орехов пояснил, что моделирование на суперкомпьютере позволило определить оптимальную дозу — порядка 10¹⁴ ионов на квадратный сантиметр.
«Мы увидели, что при таких дозах в материале формируются наноразмерные полости. Молекулы электролита во время работы конденсатора буквально «садятся» в эти полости, что дополнительно увеличивает емкость», — рассказал ученый.
Исследователи подчеркнули, что технология ионной имплантации давно и широко используется в микроэлектронике, что делает ее удобной для промышленного применения и в энергетике. Созданный материал открывает путь к более мощным суперконденсаторам, которые смогут ускорить развитие электротранспорта и промышленных систем хранения энергии.
Ранее в России создали установку для получения воды из воздуха в Крыму и жарких регионах.