Ионисторы (или, как их ещё называют, суперконденсаторы) имеют много преимуществ перед классическими аккумуляторами с точки зрения хранения энергии: их ёмкость больше, они намного быстрее заряжаются и т. п. Такие накопители заряда могли бы стать идеальным решением для носимой электроники, например, смарт-часов, если бы не одно «но»: для такого применения их необходимо делать гибкими. И в этом вся проблема: гибкие ионисторы сложны в изготовлении, ненадёжны и при этом дороги. Однако исследователи из Кембриджского университета и Лондонского университета королевы Марии нашли способ преодолеть перечисленные выше трудности.

Структура обычного ионистора выглядит так, как на картинке справа. Она несовершенна, но нашлось решение, использующее принцип карамельной трости

Один из главных недостатков всех создававшихся прежде суперконденсаторов — необходимость доставки ионов из одного слоя полимеров в другой. Из-за того, что глубина проникновения довольно мала, второй слой приходится делать предельно тонким, переплетая его с первым на наноуровне. Такая «конструкция» оказывается очень хрупкой, из-за чего и возникает сложность производства гибких ионисторов, требующая применения сложных технологий и дорогих материалов.

Прототип электрода, предложенный командой учёных во главе со Стояном Смуковым (Stoyan Smoukov), подразумевает переплетение полимеров с ионами и проводящего материала по тому же принципу, как переплетаются разноцветные полоски в карамельной трости, то есть в форме вытянутой спирали. Благодаря найденному решению два полимера находятся в постоянной близости друг от друга, облегчая перемещение между ними ионов. Вместе с тем, ионистор нового типа обладает большим ресурсом (после 3000 циклов сохраняется 97,5 % ёмкости) и прекрасно переносит деформацию (после 1000 сгибаний ёмкость осталась 99 %). По мнению исследований, их разработка имеет большие перспективы применения в носимой электронике, в том числе и гибкой.

Исследователи из Университета Центральной Флориды разработали метод создания гибких суперконденсаторов, которые позволят ощутимо повысить время автономной работы мобильных устройств. Кроме того, элементы питания на таких суперконденсаторах будут служить гораздо дольше. Как утверждают учёные, эти устройства могут перезаряжаться более 30 тыс. раз без деградации. 

Новые суперконденсаторы отличаются компактными габаритами

Как отметил один из ведущих участников проекта Нитин Чаудхэри (Nitin Choudhary), суперконденсаторы позволят заряжать смартфон всего за несколько секунд. При этом одного такого заряда хватит на целую неделю автономной работы.

Учёным удалось интегрировать двухмерные материалы в суперконденсаторы

Попытки использовать суперконденсаторы для замены традиционных батарей совершались уже неоднократно. Ключевой проблемой являются габаритные размеры таких устройств. Для того чтобы достичь такой же ёмкости, как и литий-ионный аккумулятор, суперконденсатор должен иметь сравнительно крупные размеры. Авторам исследования удалось уменьшить габариты суперконденсаторов благодаря применению так называемых двухмерных материалов толщиной всего несколько атомов.

Исследователи разработали суперконденсаторы, состоящие из миллионов нанотрубок диаметром порядка нескольких нанометров. Ранее учёные уже установили, что использование двухмерных материалов может использоваться для создания ёмких хранилищ энергии. Но до открытия исследователей из Университета Центральной Флориды интеграцию этих материалов на практике было трудно осуществить.

По мнению исследователей, их разработка может пригодиться также и в качестве элементов питания электромобилей. К сожалению, до стадии коммерциализации проекту ещё далеко.

Исследователи Института наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе скомбинировали два наноматериала в новом гибридном суперконденсаторе. Изобретение объединило в себе лучше свойства батарей и суперконденсаторов. Гибридный прибор отличается большой ёмкостью, быстро перезаряжается и способен выдержать более десяти тысяч циклов перезарядки.

UCLA

Суперконденсаторы являются электромеханическими компонентами, которые способны заряжаться за считанные секунды. Но, в отличие от батарей, они не могут хранить достаточно много энергии для питания компьютеров и смартфонов. Новинка может хранить в два раза больше энергии, чем типичные тонкоплёночные литиевые аккумуляторы. При этом её габаритные размеры столь малы, что позволяют интегрировать прибор в носимую электронику и имплантаты.

UCLA

Новые компоненты объединяют так называемый LSG-графен, полученный с помощью лазерной гравировки, и диоксид марганца. Для производства гибридного суперконденсатора особые температурные условия и дорогие «чистые комнаты» не нужны.

Сроки коммерческого внедрения новинки исследователи не уточняют, но обещают, что это может произойти уже в ближайшем будущем.