Группа ученых из Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. совместно с коллегами из Южного федерального университета и Николаевского института неорганической химии Сибирского отделения РАН представили новый электродный материал для устройств накопления энергии. Данная разработка представляет актуальность для отрасли возобновляемой энергетики, бесперебойных систем питания и промышленности.
Исследователи создали гибкие отдельностоящие электродные пленки на основе титановых и молибденовых максенов без использования связующих добавок. Они позволяют устройствам хранить больше энергии и сохранять работоспособность долгое время.
«Данные композитные материалы показали значительное увеличение удельной емкости и превосходную стабильность как в кислом, так и в более безопасном – нейтральном электролите. Этот эффект расширяет перспективы создания высокоэффективных и долговечных суперконденсаторов», – отметил доцент кафедры «Химия и химическая технология материалов» Физико-технического института Политеха Николай Горшков.
Опытным путём учёные убедились, что полученные электроды позволяют увеличить количество накопленной энергии почти в два раза благодаря именно сочетанию титановых и молибденовых максенов по сравнению с каждым из этих максенов отдельно взятым. А высокая производительность сохраняется даже после десяти тысяч циклов заряда-разряда.
Это объясняется уникальной комбинацией упорядоченных вакансий молибдена, богатых электрохимическиактивных поверхностных групп и благоприятных межфазных взаимодействий, что облегчает проникновение ионов и ускоряет перенос заряда.
Важной частью исследования стало использование в качестве электролита безопасного водяного раствора соли хлорида лития (LiCl) вместо широко применяемого сернокислого электролита H2SO4.
«В исследовании был применен метод гидротермального травления MAX-фаз при синтезе MXен. Такой подход позволяет значительно сократить использование фторсодержащих реагентов, делая процесс синтеза MXен более экологичным. Кроме того, существенное улучшение свойств достигается при минимальном содержании дорогостоящего компонента Mo1.33CTx, что снижает потенциальную стоимость конечного продукта», – подчеркнул доцент кафедры «Химия и химическая технология материалов» ФТИ Алексей Цыганов.
Разработка учёных направлена на решение ключевых задач современной энергетики: повышение энергетической плотности суперконденсаторов при сохранении их высокой мощности и долговечности.