Новый электрод из графена для суперконденсаторов

Так называемые суперконденсаторы отличаются от обычных конденсаторов, применяемых в электрических цепях современных бытовых приборов тем, что они способны при таких же размерах накапливать значительно больший электрический заряд и с гораздо большей скоростью. Исследователи из Калифорнийского университета открыли новую технологию создания конденсаторов на основе графитовых электродов покрытых одноатомным слоем графена.

Исследователи отдела химии и биохимии факультета наук о материалах и технике Калифорнийского института наносистем продемонстрировали электрохимические конденсаторы на основе графена. Для производства электродов они использовали DVD-диск и оптический LightScribe DVD-привод. Для справки, технология LightScribe предусматривает возможность нанесения графического изображения на записываемый диск.

Процесс производства графеновых электродов заключается в покрытии DVD-диска оксидом графита и последующей обработке лазером в DVD-приводе. В результате, применив два таких электрода, получается суперконденсатор обладающий высокой плотностью накопляемой электрической энергии и стабильностью цикла заряд/разряд. Кроме этого получаемые таким способом электроды обладают высокой электрохимической и механической прочностью, что делает возможным применение их в больших емких конденсаторах.

Как отметил один из участников проекта профессор химии и наук о материалах и технике Ричард Канер, их конденсаторы получились еще и намного «шустрее» обычных. Процесс заряд/разряд у них протекает в сотни и даже тысячи раз быстрее.

Луч лазера в LightScribe DVD-приводе вызывает одновременное уменьшение и отслоение, предварительно нанесенного оксида графита от поверхности диска. В результате получается материал для создания электрода с поверхностью значительно большей по площади по сравнению с обычными электродами, а следовательно с большей емкостью накопляемого заряда. Кроме того при таком способе изготовления поверхность формируется как открытая сетевая структура. Это сводит к минимуму процесс диффузии ионов из электролита конденсатора, который замедляет заряд конденсатора.

Новые электроды для суперконденсаторов имеют еще и достаточно высокую проводимость (>1700/м) по сравнению с обычными (10-100/м). Это означает, что их использование не потребует применения дополнительных вспомогательных материалов в качестве токоприемников. Эта особенность значительно повышает экономическую эффективность производства конденсаторов.

Кроме совершенно новых электродов, исследователи из Калифорнийского университета использовали и новый электролит. Вместо широко распространенного жидкого, они использовали сгущенный полимерный. Он не подвержен утечке и используется еще и как клей, удерживающий все слои конденсатора вместе, придавая структуре высокую прочность и эластичность. Даже при достаточно высоких механических нагрузках, во время испытаний, новый суперконденсатор показал отменные электрические параметры.

Новая разработка открывает путь для создания совершенно новых устройств аккумулирования и временного хранения электрической энергии, которые смогут в будущем применяться в портативной электронике.

По материалам: PhysOrg.com