НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ВНУТРЕННИЕ ФУНКЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ

Международная исследовательская группа, членом которой является профессор Юрий Георгиевич Гогоци , Университет Дрекселя, США, открыла возможность миру инженерии по-новому взглянуть на внутренние функции электродов суперконденсаторов. Эти недорогие, лёгкие устройства для хранения энергии используются в электронике, транспорте и многих других направлениях. В статье, опубликованной 4 марта 2012 года в Nature Materials , профессор Юрий Гогоци и его коллеги из университетов Франции и Англии, приблизились еще на один шаг к решению проблемы мирового спроса на устойчивые источники энергии.
Членами научно- исследовательской группы являются Юрий Гогоци - профессор материаловедения и технологии, директор Института нанотехнологий Университета Дрекселя (Professor Yury Gogotsi , A.J. Drexel Nanotechnology Institute), Матье Саллане, Селин Мерле, Бенджамин Ротенберг из Университета Парижа (Mathieu Salanne, Céline Merlet and Benjamin Rotenberg from the Université Paris 06), Пол А. Мэдден из Оксфордского университета (Paul Madden from Oxford University), Патрис Симон и Пьер-Луи Табернa из университета имени Поля Сабатье (Patrice Simon and Pierre-Louis Taberna , Université Paul Sabatier). Результаты исследований ученых дают первое количественное представление о структуре ионной жидкости поглощённой внутри неупорядоченных микропористых углеродных электродов в суперконденсаторах. Суперконденсаторы могут хранить и поставлять больше энергии, чем аккумуляторы, кроме того, их срок работы составляет около миллиона циклов зарядки/разрядки. Эти характеристики являются ключевыми при использовании возобновляемых источников энергии.

На рисунке слева (моделирование молекулярной динамики выполнено группой под руководством Матье Саланна): показано, что ионная жидкость находится между двумя пористыми углеродными электродами . Это дает возможность понять, как положительные (красный) и отрицательные (зеленый) ионы взаимодействуют с углеродной поверхностью. Механизм зарядки включает в себя обмен ионами с электродами. Такое моделирование дает гораздо большее значения емкости, чем в моделях с использованием обычной простой геометрии электродов.

По словам исследователей, такие отличные характеристики суперконденсаторов связаны с адсорбцией ионов в пористых углеродных электродах. Молекулярный механизм поведения ионов в порах, размером менее одного нанометра — одной миллиардной части метра , до сих пор остаётся плохо изученным. Механизм, предложенный в данном исследовании ученых открывает возможность для разработки материалов с улучшенными характеристиками для хранения энергии. Авторы полагают, что для того, чтобы создавать высокопроизводительные материалы, исследователи должны узнать, чем обусловлено увеличение накопления энергии, либо ключевой является большая площадь поверхности , или же важную роль играют размер и форма пор. Результаты этого исследования служат руководством для разработки более совершенных устройств, предназначенных для хранения электрической энергии, которые, в конечном счёте, будут широко использоваться в качестве возобновляемых источников энергии для различных девайсов и устройств.
По мнению профессора Гогоци, этот прорыв в понимании механизмов аккумулирования энергии стал возможным благодаря сотрудничеству между научно-исследовательскими группами из четырёх университетов трёх стран. Кроме того, учёные использовали модели углеродных структур, разработанные их коллегами из Государственного Университета штата Северная Каролина доктором Джереми Палмером и доктором Кейт Габбинс (Palmer and Dr. Keith Gubbins from the North Carolina State Univ). Данная работа может служить наглядным примером важности и необходимости сотрудничества между учёными, работающими в различных областях и даже в разных странах.