Учёные из Кореи совершили прорыв в области накопителей энергии, представив новую технологию суперконденсаторов, которые обеспечивают как высокую мощность, так и большую ёмкость — ключевые характеристики для улучшения работы электромобилей, дронов и носимой электроники.
Разработанная группой исследователей из Исследовательского центра углеродных композитных материалов при Корейском институте науки и технологий (KIST) под руководством докторов Бон-Чхоль Ку и Со Гюн Кима совместно с профессором Юаньчжэ Пяо из Сеульского национального университета (SNU), технология основана на улучшенной волоконной структуре, состоящей из одностенных углеродных нанотрубок (УНТ) и проводящего полимера полианилина (PANI).
Слева схематическое изображение композиции УНТ и ПАНИ. Это показывает, что ковалентно связанные PANI равномерно распределены среди УНТ и что каждый PANI может действовать как наноразмерная ячейка. (Справа) Композитное волокно, изготовленное на основе этих характеристик, одновременно демонстрирует превосходную мощность и плотность энергии, превосходящую характеристики обычных суперконденсаторов. (*KIST1 — это значение, рассчитанное по весу только PANI, а KIST2 — значение, рассчитанное по весу волокна.) Фото: Корейский институт науки и технологий (KIST)
Суперконденсаторы, использующие эту структуру, заряжаются быстрее и могут обеспечивать более высокую плотность мощности по сравнению с традиционными батареями, при этом сохраняя свою эффективность даже после более чем 100 000 циклов зарядки и разрядки. Главная проблема таких устройств — низкая плотность энергии, что ограничивает их применение в длительных по времени задачах, таких как электромобили или дроны. Однако новая технология решает эту проблему, улучшая накопление энергии и её быстрое высвобождение.
Чтобы увидеть потенциал коммерциализации композитных волоконных конденсаторов, был внедрен процесс массового производства. Пучки волокон, варьирующиеся от одноцепочечных волокон до 300-цепочечных, были получены в процессе массового производства, и можно видеть, что удельная емкость хорошо поддерживается без снижения, поскольку PANI действует как наноэлемент внутри. Фото: Корейский институт науки и технологий (KIST)
Дополнительно, использование проводящего полимера полианилина значительно снижает стоимость производства, что делает технологию более доступной для массового производства. Простой процесс производства и успешная разработка пленочных структур открывают перспективы для коммерциализации и применения в различных областях, от транспорта до носимых устройств.
Схема общего процесса, с помощью которого PANI производит композитные волокна: (слева направо) формирование жидкокристаллической фазы на основе углеродных нанотрубок, вращение ее в коагуляционной ванне, затвердевание и растяжение. Полученное в результате волокно имеет структуру с равномерным распределением PANI. Фото: Корейский институт науки и технологий (KIST)
«Мы уверены, что эта технология будет способствовать переходу к углеродно-нейтральному обществу и станет важным элементом для будущего энергоэффективного мира», — отметил доктор Бон-Чхоль Ку.
Исследование было поддержано Министерством науки и ИКТ и Министерством торговли, промышленности и энергетики Республики Корея, и его результаты были опубликованы в международном журнале Composites Part B: Engineering.
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/