Новости

Металлизированная бумага стала основой для гибких суперконденсаторов будущего

Если батареи в мире хранения энергии принято считать марафонцами, то суперконденсаторы можно назвать спринтерами.
В то время как батареи имеют высокую плотность энергии и могут очень долго её хранить, их основной минус – низкая плотность мощности (представьте, что вы открываете кран, а вода из него вытекает тонкой струйкой). У суперконденсаторов всё наоборот: они могут выдавать огромные мощности (в этом случае кран выдавал бы потоки воды), но при этом хранить в них много энергии долгое время не получится.
Американо-корейская исследовательская группа решила исправить этот недостаток и разработала новый суперконденсатор, который может хранить большие запасы энергии намного дольше, чем его классические аналоги. Найти золотую середину между плотностью энергии и плотностью мощности помог новый материал.
Учёные создали его на основе бумаги по особой технологии. Сперва лист бумаги погружается в раствор поверхностно-активных веществ под названием амины. Это органические вещества, производные аммиака. Затем лист опускается в другой раствор, содержащий наночастицы золота. Поверхностно-активное вещество помогает золоту проникать в пористые волокна бумаги – там наночастицы и остаются.
Далее тот же метод используется для добавления новых слоёв поверх листа – это слои оксидов различных металлов (например, оксида марганца). Что приятно, все манипуляции проводятся при комнатной температуре. В итоге получается металлизированная бумага.
При этом наночастицы золота проводят электричество, а слои оксидов металлов его сохраняют. Таким образом специалисты получили сверхпроводник с высокой плотностью энергии и мощности, который можно свернуть или скрутить как обычный лист бумаги.

Устройства на основе металлизированной бумаги, изготовленной при помощи такого поэтапного покрытия, могут складываться до тысячи раз, и это никак не влияет на проводимость, отмечают авторы разработки.
"Такой тип устройств для хранения энергии открывает уникальные возможности. Он способен удовлетворить потребности самой передовой портативной гибкой электроники, – рассказывает соавтор исследования Сын Ву Ли (Seung Woo Lee) из Технологического института Джорджии. – Мы также можем объединить этот суперконденсатор с энергозахватными механизмами, чтобы снабжать энергией биомедицинские датчики, потребительскую и военную электронику и другие устройства".
Максимальная мощность и плотность энергии суперконденсаторов на бумажной основе оцениваются в 15,1 мВт/см2 и 267,3 мкВт/см2, соответственно, что значительно превосходит обычные показатели бумажных или текстильных суперконденсаторов, отмечают авторы. Но совершенству, как известно, нет предела.
Пока что учёные работали лишь с небольшими образцами нового матерела, однако в будущем, по их словам, можно будет создавать листы металлизированной бумаги любого размера. Всё зависит от резервуаров, в которые опускается лист. Хотя команда планирует не ограничиваться ими и опробовать также технологию распыления.
Кроме того, тот же метод поэтапной обработки исследователи хотят опробовать с тканями.
Сейчас их основная цель – установить оптимальную толщину для каждого слоя, чтобы обеспечить максимальную проводимость. Кроме того, чтобы снизить затраты, можно попробовать заменить золото менее дорогими металлами – серебром или медью, добавляет Ли.
Более подробно о бумажных суперконденсаторах будущего рассказывается в статье, которая была опубликована в издании Nature Communications.
Добавим, что ранее исследователи представили эластичный суперконденсатор из однослойных углеродных нанотрубок, а также придумали, как создавать устройства для хранения энергии из обычной макулатуры и опавших листьев.
Читайте также
Испытатель российской вакцины заразился коронавирусом. Препарат не работает?
Испытатель российской вакцины заразился коронавирусом. Препарат не работает?
Большинство считает, что вакцина обязана предотвращать заражение. Но это не так.
Как поймать темную материю
Как поймать темную материю
Темная материя есть даже в вашей комнате, но как ее поймать?
Венера — наша историческая родина?
Венера — наша историческая родина?
Благодаря находке фосфина в облаках Венеры, астрофизики обрели веру в возможность обнаружения внеземной жизни.