Создан микросуперконденсатор из углеродного лука

Крошечный конденсатор с набором выдающихся свойств удалось построить группе учёных из США и Франции, используя элементы нанотехнологии.

Дизайн нового суперконденсатора (иллюстрация David Pech et al./Nature Nanotechnology).

На единицу своего объёма новичок обладает мощностью, сравнимой с электролитическими конденсаторами, запасом энергии на порядок большим, а электрической ёмкостью — большей на четыре порядка. А ещё при разряде напряжение на электродах устройства способно падать со скоростью 200 вольт в секунду, что в тысячу раз быстрее, чем у обычных суперконденсаторов.

Такие устройства запасают энергию в слоях ионов, насыщающих высокопористые электроды. В конструкции последних учёные и пытаются совершить прорыв. Ранее исследователи пробовали применять в этой роли углеродные нанотрубки. А физики из университета Дрекселя (Drexel University) и научно-исследовательской организации CNRS пошли дальше.

В новом элементе электроды изготовлены путём осаждения на подложку из диоксида кремния мириад нанолуковиц. Слово "лук" используют сами авторы работы, поскольку эти частицы диаметром 6-7 нанометров состоят из множества концентрических сфер, вложенных одна в другую. Сферы, в свою очередь, составлены из атомов углерода.

"Луковицы" образуют слой толщиной в несколько микрометров. Это обеспечивает высокое отношение площади поверхности обкладок к их объёму. Кроме того, здесь удалось обойтись без применения органических связующих и полимерных сепараторов, что дополнительно облегчило перемещение ионов в процессе заряда и разряда.

a – поперечный разрез "луковицы" из углерода (Onion-like carbon – OLC) с распределением зарядов (розовый и синий); b – электронный микроснимок OLC; c – учёные создавали OLC путём графитизации наноалмазов при высокой температуре в вакууме. Четыре кружка отражают стадии процесса, жёлто-зелёным цветом показана алмазная решётка, серым – слои "луковицы"; d – вид на электроды сверху; e – вид на электроды сбоку (иллюстрации David Pech et al./Nature Nanotechnology).

Новая технология может быть использована для создания мощных и ёмких накопителей энергии, которые пригодятся и карманной электронике и гибридным автомобилям. Детали работы — в пресс-релизе университета Дрекселя и статье в Nature Nanotechnology.