Международная группа ученых, под руководством профессор химии из Бристольского университета, разработала способ усовершенствования устройств накопления энергии, называемых суперконденсаторами, путем разработки нового класса моющих средств, химически связанных со слабительными, передает ресурс EurekAlert.
Научная статья, опубликованная в журнале Nature Materials, объясняет, почему созданные ими моющие средства, называемые ионными жидкостями, являются лучшими электролитами, чем современные материалы, и могут улучшить суперконденсаторы (конденсатор – это радиоэлектронный компонент, который зачастую используется для удаления ряда электромагнитных помех в поступающем на какой-либо прибор электрическом токе).
На данный момент наиболее распространены водные и органические электролиты, но в последнее время исследователи и производители вместо этого проводят испытания ионных жидкостей для повышения емкости конденсаторов (количество электроэнергии, которое в себе может накапливать и хранить данный электрокомпонент).
Хотя ионные жидкости представляют собой соли, при комнатной температуре они, на удивление, не являются кристаллическими твердыми веществами – как следует из их названия. Они на самом деле являются жидкостями.
Это дает ионным жидкостям многочисленные преимущества по сравнению с обычными электролитами, потому что они стабильны, невоспламеняемы и часто намного более экологичны.
Чтобы исследовать мощный потенциал, предлагаемый ионными жидкостями для появляющихся электрохимических технологий, авторы разработали новый набор высокоэффективных моющих жидких ионных электролитов и объяснили, как они работают на поверхностях электродов.
Понимание закономерностей их работы поможет разработать еще более эффективные устройства для хранения электрической энергии.
Профессор Джулиан Исто из химического факультета Бристольского университета является соавтором исследования и сказал следующее: «Чтобы сделать это открытие, нужна команда ученых с очень разнообразным набором навыков, охватывающих химический синтез, передовые структурные, микроскопические и электрические методы, а также вычислительные методы. Эта работа демонстрирует силу научных исследований «без границ», группы из разных стран внесли свой собственный опыт, чтобы сделать «целое больше, чем сумма частей». Соавтор Сяньвэнь Мао из Массачусетского технологического института (MIT) добавил: «Мы разработали новый класс ионных жидкостей, которые могут более эффективно накапливать энергию. Эти моющие средства, подобные ионным жидкостям, могут самостоятельно собираться в двухслойные структуры в виде сэндвичей на поверхностях электродов. И именно по этой причине они обеспечивают лучшие характеристики накопления энергии».
Как правило, для электролитов, контактирующих с заряженным электродом, в распределении ионов преобладают электростатические кулоновские взаимодействия.
Однако это распределение можно контролировать, делая ионные жидкости мыльными или амфифильными, так что молекулы теперь имеют отдельные полярные и неполярные домены, точно так же, как привычные нам моющие средства.
Эти мылоподобные электролиты затем самопроизвольно образуют двухслойные структуры на поверхностях электродов, что приводит к значительному улучшению возможностей накопления энергии. Исследователи обнаружили, что температура и приложенное напряжение также влияют на производительность накопления энергии.
Этот новый класс электролитов может быть пригоден для сложных операций, таких как бурение нефтяных скважин и освоение космоса, но они также могут проложить путь к новым и улучшенным суперконденсаторам в гибридных автомобилях, превзойдя батареи с точки зрения более высокой мощности и большей эффективности.
Это особенно верно во время рекуперативного торможения, когда механическая работа превращается в электрическую энергию, которая может быстро накапливаться в готовых к выпуску суперконденсаторах. Таким образом, снижается потребление энергии.
Что еще более важно, используя новые электролиты, такие как разработанные в этом исследовании, будущие суперконденсаторы могут даже сохранять больше энергии, чем батареи, потенциально заменяя их в таких устройствах как электромобили, персональная электроника и устройства хранения энергии на уровне промышленной или частной сети.
