Новый суперконденсатор можно растянуть в восемь раз
Фото: Changyong Cao, Michigan State University
Идеи

Новый суперконденсатор можно растянуть в восемь раз

Американские физики разработали новый тип суперконденсатора, который сохраняет полную функциональность после многократного растяжения и теряет лишь несколько процентов энергетической производительности после 10 000 циклов заряда и разряда.

Суперконденсатор в целом работает как обычная батарея, но отличается от нее рядом важных параметров. В частности, электростатический двуслойный суперконденсатор запасает энергию посредством разделения зарядов и не может создавать собственное электричество. Его нужно заряжать каким-нибудь внешним устройством. Зато суперконденсаторы могут выдавать энергию в виде кратких, но мощных выплесков, а не долгим, но медленным потоком. Также они быстрее заряжаются и выдерживают больше циклов заряда/разряда. Поэтому они отлично подходят для фотовспышек или стереоусилителей.

Однако загвоздка в том, что большинство суперконденсаторов твердые и хрупкие.

Ученые из Университета штата Мичиган и Университета Дьюка описали результат своего исследования — суперконденсатор размером с марку, способный хранить более двух вольт. Соединив четыре таких вместе, они получили батарею, способную питать электронные часы Casio в течение полутора часов, пишет Phys.org.

Для того чтобы сделать суперконденсатор эластичным, ученые вырастили «лес» из углеродных нанотрубок — массив из миллионов элементов диаметром 15 нм и высотой 20 — 30 мкм — поверх кремниевой подложки. Затем они покрыли их тонким слоем золотой фольги, которая действует как своего рода токосниматель, сбрасывающий сопротивление прибора на порядок, по сравнению с предыдущей версией, чтобы устройство могло заряжаться и разряжаться быстрее.

После этого исследователи перенесли нанотрубки на заранее растянутую подложку из эластомера золотой стороной вниз. В процессе возвращения к оригинальному размеру слой золота ломается и сталкивает «деревья» нанотрубок. Это значительно повышает площадь доступной поверхности,  а значит — и объем заряда.

Наконец, сверхплотный массив заполняется гелеобразным электролитом, который улавливает электроны на поверхности нанотрубок. Когда два электрода такого устройства соединяются, создает заряженный сверхэластичный суперконденсатор.

Суперконденсаторы уже используются в системах рекуперативного торможения или для быстрой зарядки общественных автобусов на остановках. А эластичные варианты подойдут для носимой электроники и биомедицинских устройств.

Британские ученые показали недавно опытный образец суперконденсатора с высокой удельной мощностью и высокой плотностью энергии одновременно. Такая технология позволит заменить суперконденсаторами современные аккумуляторы в электромобилях и смартфонах, сократив время их зарядки до нескольких минут.