Новый физический эффект открывает перспективы для улучшения суперконденсаторов
Ученые из Московского института электроники и математики им. А. Н. Тихонова НИУ ВШЭ предложили новый способ повысить емкость суперконденсаторов с помощью полимерных электролитов. Полимеры — это длинные молекулярные цепочки, которые могут нести электрический заряд. В отличие от обычных электролитов, которые состоят из маленьких заряженных частиц (ионов), полимерные электролиты имеют один тип ионов (например, положительных) связанный в цепь, а другой тип (например, отрицательных) свободно перемещающийся.
Суперконденсаторы — это устройства, которые могут быстро накапливать и отдавать большое количество электроэнергии. Они состоят из двух металлических электродов, погруженных в специальную жидкость — электролит. Суперконденсаторы используются в различных областях техники: от смартфонов и видеорегистраторов до электромобилей и космических аппаратов. Однако у них есть и недостатки: они имеют меньшую емкость, чем аккумуляторы, и требуют частой замены.
Полимерные электролиты обладают рядом преимуществ: они более стабильны, безопасны и дешевы, чем низкомолекулярные электролиты. Кроме того, они способны увеличить емкость суперконденсаторов за счет того, что полимерная цепь лучше притягивается к электроду и образует более плотный двойной электрический слой (ДЭС). ДЭС — это область на границе между электродом и электролитом, где накапливается заряд. Чем больше заряда в ДЭС, тем больше емкость суперконденсатора.
Однако полимерные электролиты также имеют свои особенности: они не могут проникать в очень узкие поры электрода (менее 1 нанометра), потому что сталкиваются с сильным отталкиванием от стенок поры. Это приводит к тому, что емкость суперконденсатора падает при уменьшении размера поры. Этот физический эффект был впервые обнаружен и описан математически в работе ученых МИЭМ НИУ ВШЭ. Работа опубликована в журнале «Физика».
Исследование позволяет лучше понять процессы, происходящие в суперконденсаторах с полимерными электролитами, и подобрать оптимальные условия для их работы. Таким образом, можно создавать более мощные и долговечные устройства для хранения и передачи энергии.
— Юрий Будков, один из авторов статьи, профессор МИЭМ НИУ ВШЭ.
Таким образом применение полимерного электролита может привести к улучшению свойств суперконденсаторов, если учитывать особенности его взаимодействия с пористой структурой электрода. Понимание этой проблемы — первый шаг к созданию устройств нового поколения.
Суперконденсаторы имеют широкий спектр применения в различных областях техники и энергетики. Они могут выполнять разные функции: от резервного источника питания до регулирования частоты на энергетическом рынке.
Одним из наиболее распространенных применений суперконденсаторов является рекуперация энергии торможения. Это процесс, при котором часть кинетической энергии транспортного средства преобразуется в электрическую и накапливается в суперконденсаторе. Затем эта энергия может быть использована для ускорения или поддержания скорости транспортного средства.
Суперконденсаторы могут поддерживать стабильность частоты в электрической сети, поглощая или отдавая энергию. Это особенно актуально для возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели или ветряные генераторы, которые имеют переменный характер выработки энергии. Суперконденсаторы могут компенсировать колебания выходной мощности таких источников и повысить их эффективность.
Суперконденсаторы — это устройства, которые могут быстро накапливать и отдавать большое количество электроэнергии. Они состоят из двух металлических электродов, погруженных в специальную жидкость — электролит. Суперконденсаторы используются в различных областях техники: от смартфонов и видеорегистраторов до электромобилей и космических аппаратов. Однако у них есть и недостатки: они имеют меньшую емкость, чем аккумуляторы, и требуют частой замены.
Полимерные электролиты обладают рядом преимуществ: они более стабильны, безопасны и дешевы, чем низкомолекулярные электролиты. Кроме того, они способны увеличить емкость суперконденсаторов за счет того, что полимерная цепь лучше притягивается к электроду и образует более плотный двойной электрический слой (ДЭС). ДЭС — это область на границе между электродом и электролитом, где накапливается заряд. Чем больше заряда в ДЭС, тем больше емкость суперконденсатора.
Однако полимерные электролиты также имеют свои особенности: они не могут проникать в очень узкие поры электрода (менее 1 нанометра), потому что сталкиваются с сильным отталкиванием от стенок поры. Это приводит к тому, что емкость суперконденсатора падает при уменьшении размера поры. Этот физический эффект был впервые обнаружен и описан математически в работе ученых МИЭМ НИУ ВШЭ. Работа опубликована в журнале «Физика».
Исследование позволяет лучше понять процессы, происходящие в суперконденсаторах с полимерными электролитами, и подобрать оптимальные условия для их работы. Таким образом, можно создавать более мощные и долговечные устройства для хранения и передачи энергии.
Мы развиваем методологию численного моделирования двойных электрических слоев на границе металл — электролит. Сейчас мы подготовили теоретическую базу, а в будущем планируем создать программу, которая позволит моделировать поведение ионов и проводить инженерные оценки дифференциальной электрической емкости. Это поможет инженерам, которые разрабатывают суперконденсаторы, глубже понять физико-химические процессы в двойных электрических слоях суперконденсаторов и создавать более мощные и эффективные устройства
— Юрий Будков, один из авторов статьи, профессор МИЭМ НИУ ВШЭ.
Таким образом применение полимерного электролита может привести к улучшению свойств суперконденсаторов, если учитывать особенности его взаимодействия с пористой структурой электрода. Понимание этой проблемы — первый шаг к созданию устройств нового поколения.
Суперконденсаторы имеют широкий спектр применения в различных областях техники и энергетики. Они могут выполнять разные функции: от резервного источника питания до регулирования частоты на энергетическом рынке.
Одним из наиболее распространенных применений суперконденсаторов является рекуперация энергии торможения. Это процесс, при котором часть кинетической энергии транспортного средства преобразуется в электрическую и накапливается в суперконденсаторе. Затем эта энергия может быть использована для ускорения или поддержания скорости транспортного средства.
Суперконденсаторы могут поддерживать стабильность частоты в электрической сети, поглощая или отдавая энергию. Это особенно актуально для возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели или ветряные генераторы, которые имеют переменный характер выработки энергии. Суперконденсаторы могут компенсировать колебания выходной мощности таких источников и повысить их эффективность.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...