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
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....