Суперконденсаторы должны сыграть значительную роль в продвижении безуглеродной энергетики. Они способны быстро накапливать заряд большой мощности и так же быстро отдавать его потребителям, что востребовано, например, в электромобилях в режимах рекуперации энергии при торможении. Поэтому разработка новых материалов для суперконденсаторов не прекращается и приносит свои плоды, что подтверждает новое исследование.

Источник изображений: UCLA

В частности, в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали технологию производства перспективных суперконденсаторов с лучшими характеристиками, чем у современных аналогов. Но самое интересное — в качестве материала для накопления заряда использован полимер, которому более 40 лет. Исследователи применили поли-(3,4-этилендиокситиофен), или, сокращённо, PEDOT. Этот пластик широко используется в электронике и дисплеях, так как может быть прозрачным.

Проблема всех суперконденсаторов заключается в том, что они накапливают заряд в тонком приповерхностном слое. Для накопления большего заряда площадь поверхности электрода должна быть как можно больше. Именно эта задача стояла перед учёными из UCLA — разработать техпроцесс выращивания полимерного электрода с максимально возможной площадью. Исследователи успешно решили её: они предложили наращивать волокна полимера PEDOT, подобно траве на газоне, используя графен в качестве подложки и осаждая полимер в паровой фазе для получения длинных волокон.

«Уникальный вертикальный рост материала позволяет нам создавать электроды PEDOT, которые накапливают гораздо больше энергии, чем традиционные [плёнки] PEDOT, — сказал Махер Эль-Кади (Maher El-Kady), автор-корреспондент и материаловед Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — Электрический заряд накапливается на поверхности материала, а традиционные плёнки PEDOT не имеют достаточной площади поверхности, чтобы удерживать очень большой заряд. Мы увеличили площадь поверхности PEDOT и, таким образом, его ёмкость настолько, чтобы создать суперконденсатор».

Созданный таким образом суперконденсатор показал ёмкость 4600 мФ/см², что значительно выше, чем у обычных полимерных плёнок из того же материала. Это примерно в четыре раза больше, чем у современных суперконденсаторов на той же основе. Также новая разработка обеспечивает 100-кратное улучшение проводимости и выдерживает 70 тыс. циклов заряда и разряда. Учёные уверены, что за этой новинкой — будущее.

Компания Akasa выпустила внешний корпус AK-ENU3M2-08 для NVMe-накопителей формата M.2 2230. От других аналогичных решений новинка отличается наличием суперконденсатора, который, по заявлению производителя, предотвращает потерю данных при неожиданной потере питания SSD.

Источник изображений: Akasa

Модель AK-ENU3M2-08 совместима со многими моделями смартфонов iPhone и поддерживает прямую запись видео на диск в разрешении ProRes 4K. Однако её ключевая особенность заключается в способности поддерживать работу SSD в течение 5–6 минут после отключения постоянного источника питания, при условии полной зарядки суперконденсатора. Этого времени достаточно для завершения передачи данных из буфера обмена во флеш-память накопителя.

Причины внезапной потери питания у SSD могут быть разными. Чаще всего это происходит из-за отключения электроэнергии или пренебрежения функцией «Безопасное извлечение устройства».

Кроме того, AK-ENU3M2-08 поддерживает сквозную передачу до 100 Вт мощности через USB. Устройство оснащено разъёмом USB 3.2 Type-C, обеспечивающим скорость передачи данных до 10 Гбит/с, что ниже по сравнению с некоторыми конкурентами. Однако такая скорость может компенсироваться повышенной безопасностью передачи данных.

Стоимость AK-ENU3M2-08 производитель пока не раскрыл.

Индийские учёные реализовали суперконденсатор микронного размера — создали самый маленький накопитель энергии данного типа. Разработка будет востребована для носимой и имплантируемой электроники, а также для датчиков и миниатюрной «умной» техники. Такую микронную «батарейку» можно встроить в любой чип, а это автономность и свобода действий.

Источник изображения: Vinod Panwar

В отличие от обычных химических батарей (аккумуляторов), суперконденсаторы заряжаются очень быстро и способны отдавать большую мощность за кратчайшее время. С ёмкостью у суперконденсаторов всё гораздо скромнее, но для многих задач её вполне хватает. Индийская разработка снимает ещё одно ограничение — учёные совершили прорыв на направлении миниатюризации. Размеры изделия были уменьшены на три порядка.

В основе «микросуперконденсатора», разработанного в Индийском институте науки в Бенгалуру, лежит графен и такой двумерный материал, как дисульфид молибдена (MoS₂). Чешуйки графена и MoS₂ чередовались в каждом электроде суперконденсатора — в катоде и аноде. В качестве электролита использован гель, что даёт возможность интегрировать микросуперконденсаторы в чипы. С водорастворимым электролитом такое было бы сложно или даже невозможно.

Изготовленный таким образом конденсатор показал ёмкость 1,8 мкФ/см² для однослойной структуры (графен-MoS₂). Многослойная структура электродов, состоящих из нескольких чередующихся слоёв графена и дисульфида молибдена набрала ёмкость в 30 раз больше или 54 мкФ/см², а это уже представляет интерес с практической точки зрения.

Источник изображения: ACS Energy Letters

Как поясняют в своей работе учёные, опубликованной в журнале ACS Energy Letters, двухслойные материалы типа MoS₂ являются полупроводниками и, по сути, образуют p-n-переходы (транзисторные структуры). Множество переходов заставляет ионы распределяться между слоями электродов, а не скапливаться исключительно на границе раздела электролит-электрод. Электроды сами становятся накопителями энергии. Это кратно увеличивает ёмкость самых маленьких суперконденсаторов и сулит им хорошие перспективы в качестве источников питания носимой электроники.