
Российская разработка позволит улучшить суперконденсаторы
Повысить энергоэффективность суперконденсаторов в альтернативной энергетике поможет новый композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, рения и оксида марганца. Его разработали ученые омского научного центра сибирского отделения ран и Санкт-Петербургского государственного университета.
Углеродные нанотрубки являются цилиндрической структурой, созданной из графена. Они имеют высокую прочность и плотность, при этом их толщина менее человеческого волоса. При добавлении небольших объемов нанотрубки способны улучшать характеристики среды. Ранее уже проводились эксперименты по добавлению нанотрубок в различные материалы, чтобы придать им больше прочности и эффективности.
Ученые СПбГУ разработали новые способы повышения эффективности суперконденсаторов за счет использования комбинации многослойных нанотрубок и оксидов переходных металлов.
Один из подходов - увеличение площади поверхности, обеспечивающей энергетическую эффективность электрода.
Обычно в качестве основы электродов промышленных суперконденсаторов используют различные виды углерода (сажа, активированный углерод, технический углерод, графен, углеродные нанотрубки и другие варианты), обладающие высокой удельной площадью поверхности.
В последнее время для повышения энергоэффективности и стабильности суперконденсаторов ученые разрабатывают гибридные материалы, которые накапливают энергию как за счет двойного электрического слоя, так и благодаря обратимым электрохимическим процессам, протекающим на поверхности электродов при наличии, например, оксидов переходных металлов (оксиды кобальта, ванадия, рутения и др.).
Особое внимание ученых привлекают оксиды марганца, обладающие высокой удельной емкостью, низкой токсичностью и себестоимостью производства.
Ученые создали композитный материал на основе многослойных углеродных нанотрубок и оксида марганца с добавкой тяжелого металла рения.
Этот материал отличается высокими показатели емкости - накапливаемого заряда на единицу массы.
Именно этот показатель характеризует эффективность подобных материалов.
Во время эксперимента ученые наносили на поверхность нанотрубок слои оксида марганца, затем проводили температурные обработки для кристаллизации и формирования наночастиц.
Это позволило увеличить удельную емкость более чем в 2 раза, однако данный показатель быстро снижался.
Повысить электрохимические свойства удалось за счет подбора оптимальной температуры обработки композита и последующего добавления оксида тяжелого метала рения, имеющего несколько степеней окисления, как и марганец.
Как показали эксперименты, оксид рения закреплялся преимущественно вблизи наночастиц марганца и позволил увеличить долю электрохимически активного оксида марганца MnO2 путем доокисления MnOх.
Благодаря этому ученым удалось сделать материал более стабильным при циклических испытаниях заряда-разряда.
Такой эффект получился благодаря синергетическому эффекту, достигаемому за счет сочетания свойств оксидов марганца и рения, а также углеродных нанотрубок.
С одной стороны, это приводит к увеличению вклада обратимых электрохимических процессов в удельную емкость, с другой - позволяет заметно увеличить вклад двойного электрического слоя при накоплении заряда.
Полученные учеными СПбГУ результаты позволят значительно повысить эффективность источников импульсной мощности, которые генерируют большое количество энергии в короткий срок.
Сегодня суперконденсаторы используются в альтернативной энергетике, транспортных системах, накопителях энергии в домашних хозяйствах и других отраслях науки и техники.
Повышение их энергоэффективности важно для многих сфер, поскольку генерация мощного импульса энергии - главная задача суперконденсаторов.
Результаты исследования опубликованы в швейцарском научном журнале Applied Sciences.
Углеродные нанотрубки являются цилиндрической структурой, созданной из графена. Они имеют высокую прочность и плотность, при этом их толщина менее человеческого волоса. При добавлении небольших объемов нанотрубки способны улучшать характеристики среды. Ранее уже проводились эксперименты по добавлению нанотрубок в различные материалы, чтобы придать им больше прочности и эффективности.
Ученые СПбГУ разработали новые способы повышения эффективности суперконденсаторов за счет использования комбинации многослойных нанотрубок и оксидов переходных металлов.
Один из подходов - увеличение площади поверхности, обеспечивающей энергетическую эффективность электрода.
Обычно в качестве основы электродов промышленных суперконденсаторов используют различные виды углерода (сажа, активированный углерод, технический углерод, графен, углеродные нанотрубки и другие варианты), обладающие высокой удельной площадью поверхности.
В последнее время для повышения энергоэффективности и стабильности суперконденсаторов ученые разрабатывают гибридные материалы, которые накапливают энергию как за счет двойного электрического слоя, так и благодаря обратимым электрохимическим процессам, протекающим на поверхности электродов при наличии, например, оксидов переходных металлов (оксиды кобальта, ванадия, рутения и др.).
Особое внимание ученых привлекают оксиды марганца, обладающие высокой удельной емкостью, низкой токсичностью и себестоимостью производства.
Ученые создали композитный материал на основе многослойных углеродных нанотрубок и оксида марганца с добавкой тяжелого металла рения.
Этот материал отличается высокими показатели емкости - накапливаемого заряда на единицу массы.
Именно этот показатель характеризует эффективность подобных материалов.
Во время эксперимента ученые наносили на поверхность нанотрубок слои оксида марганца, затем проводили температурные обработки для кристаллизации и формирования наночастиц.
Это позволило увеличить удельную емкость более чем в 2 раза, однако данный показатель быстро снижался.
Повысить электрохимические свойства удалось за счет подбора оптимальной температуры обработки композита и последующего добавления оксида тяжелого метала рения, имеющего несколько степеней окисления, как и марганец.
Как показали эксперименты, оксид рения закреплялся преимущественно вблизи наночастиц марганца и позволил увеличить долю электрохимически активного оксида марганца MnO2 путем доокисления MnOх.
Благодаря этому ученым удалось сделать материал более стабильным при циклических испытаниях заряда-разряда.
Такой эффект получился благодаря синергетическому эффекту, достигаемому за счет сочетания свойств оксидов марганца и рения, а также углеродных нанотрубок.
С одной стороны, это приводит к увеличению вклада обратимых электрохимических процессов в удельную емкость, с другой - позволяет заметно увеличить вклад двойного электрического слоя при накоплении заряда.
Полученные учеными СПбГУ результаты позволят значительно повысить эффективность источников импульсной мощности, которые генерируют большое количество энергии в короткий срок.
Сегодня суперконденсаторы используются в альтернативной энергетике, транспортных системах, накопителях энергии в домашних хозяйствах и других отраслях науки и техники.
Повышение их энергоэффективности важно для многих сфер, поскольку генерация мощного импульса энергии - главная задача суперконденсаторов.
Результаты исследования опубликованы в швейцарском научном журнале Applied Sciences.
- Евгения Бусина
- туаеупфяюкг
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

На 3300-летнем египетском обелиске, стоящем в Париже, обнаружены… тайные послания
Увидеть их могли лишь немногие избранные, причем только в определенное время года....

В Индонезии хотят стерилизовать самых бедных мужчин
«Денег нет? Тогда не размножайся!» — говорит один из тамошних губернаторов....

Оказалось, что раны у людей заживают в три раза медленнее, чем у шимпанзе
Ученые пытаются разобраться в этом парадоксе. И вот что они узнали....

Веста, второй по величине астероид в Солнечной системе, может быть частью исчезнувшей планеты
Загадка малой планеты разделила астрономов....