Стратегия «кожи и скелета» помогла улучшить ультратонкий суперконденсатор

Ультратонкие суперконденсаторы на углеродных нанотрубках и проводящих полимерах благодаря своей лёгкости и гибкости рассматриваются в качестве потенциальных источников тока для мобильных устройств будущего. И всё бы хорошо, но они демонстрируют более низкую плотность мощности, чем можно было бы ожидать. А виной всему частичное наложение полимерных слоёв, которое приводит к снижению электрической проводимости.

Чтобы устранить эту проблему, исследователи из Китайской академии наук решили изменить устоявшуюся конструкцию, применив подход, названный ими стратегией «скелета и кожи», когда одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) играют роль скелета, а слои полианилина (ПАН) — кожи. Получающиеся скелетно-кожные структуры обеспечивают намного лучшую проводимость в сравнении с традиционными ОУНТ/ПАН-электродами.

ОУНТ/ПАН-гибридная пленка (фото RSC).

Чтобы вконец не запутаться в аллегориях, свойственных китайской натуре, обратимся к деталям нового дизайна. Итак, учёные мужи из Поднебесной предлагают получать гибридные ОУНТ/ПАН-плёнки in situ методом электрохимической полимеризации. При этом рост полимерной плёнки происходит сразу на поверхности ОУНТ, используя непрерывную сетчатую структуру нанотрубок в качестве шаблона, что обеспечивает высокий контроль над морфологией и микроструктурой образующихся ОУНТ/ПАН-гибридов.

Собственно идея, как и описывающая её аллегория, состоит в получении максимально плотно прилегающих полимерных плёнок, точно повторяющих рельеф нанотрубок, что теоретически должно гарантировать от случайных наложений свободно «болтающихся» кусков полимера. В результате авторам работы удалось достичь значительно более высокой проводимости гибридных плёнок в сравнении с аналогами, изготовленными традиционным нанесением готового полимера на ОУНТ.

С использованием гибридных ОУНТ/ПАН-плёнки в качестве как электродов, так и коллекторов заряда (без применения металлических коллекторов!) были созданы гибкие суперконденсаторы, показавшие действительно высокую плотность мощности, а именно 62,5 кВт/кг.

Подробный отчёт о проделанной работе опубликован в журнале Energy & Environmental Science.

Подготовлено по материалам Королевского химического общества.