Российско-китайский научный коллектив синтезировал полупроводниковые композиты на основе оксидов металлов и графена, которые за счет улучшенной проводимости и удельной емкости могут применяться в качестве электродов для отечественных накопителей энергии. Результаты исследований опубликованы в международном научном журнале Nanomaterials.
Ископаемые виды топлива, запасы которых в будущем истощатся, составляют большую часть прироста мирового потребления энергии, не говоря уже о том, что эти источники не являются экологически чистыми. Очевидно, что срочно требуются новые энергетические системы, использующие возобновляемые источники энергии.
В частности, современные электромобили уже работают с использованием суперконденсаторов на основе сложных оксидов металлов. У них два преимущества— высокая энергоемкость и низкое внутренне сопротивление, что позволяет выдавать большие объемы энергии на протяжении длительного времени. Эти уникальные свойства обусловлены особенностями материалов, используемых в качестве электродов: энергоэффективность их напрямую зависит от удельной площади поверхности на единицу объема.
Новый перспективный материал для электродов суперконденсаторов — композит на основе наночастиц феррита кобальта, феррита марганца и графена — удалось синтезировать и исследовать международному коллективу ученых НИТУ «МИСиС», совместно с коллегами из Китая и Белоруссии.
«Наша работа посвящена синтезу и исследованию свойств композитов на основе сложных оксидов ионов железа и углеродных нанопроизводных (графеновые массивы), которые, на наш взгляд, будут востребованы в электронной промышленности и в системах хранения энергии. Образцы наноразмерных ферритов были синтезированы химическим методом (соосаждение), из которых впоследствии были изготовлены композиты (25% графена + 75% феррита). Мы провели характеризацию как исходных материалов, так и синтезированных композитов методами дифракции рентгеновских лучей и электронной микроскопии, зафиксировав высокую степень однофазности, а также однородного распределения и отсутствие химического взаимодействия компонентов феррит-гарфеновых композитов, — рассказал научный сотрудник кафедры технологии материалов электроники НИТУ «МИСиС», к.ф.-м.н. Алексей Труханов.
По словам исследователей, полученные композиты представляют собой магнитные полупроводниковые материалы с возможностью контролируемого управления их электрическими свойствами, что открывает возможности для интеграции магнитных материалов в электронную технику, а также открывает перспективы для использования в суперконденсаторов и других системах накопления энергии.
Не менее важно, подчеркивают ученые, что комбинирование ферритовых наночастиц и графеноподобных материалов позволяет не только варьировать магнитными/электрическими свойствами, но также и в значительной мере изменять удельную площадь поверхности композитов.
В настоящее время научный коллектив завершает серию лабораторных исследований полученных композитов.