Новости химической науки > Графен для создания конденсаторов нового поколения

Исследователи из США использовали графен для увеличения производительности приборов для накопления энергии, которые могут заменить батареи в электромобилях.

В группе Рода Руоффа (Rod Ruoff) из Университета Техаса утверждают, что значительная площадь поверхности графена может использоваться для запасания большого количества электричества в ультраконденсаторах – устройствах, сочетающих в себе преимущества конденсаторов и аккумуляторных батарей.

Модель заряженного графена с противоположно заряженными ионами (представлены шариками для пинг-понга). (Рисунок из Nano Lett., 2008, DOI: 10.1021/nl802558y)

Батареи медленно запасают и высвобождают энергию, а также со временем стареют и понижают производительность, однако они могут запасать значительное количество электричества. Традиционные конденсаторы быстро запасают и высвобождают электроэнергию (это полезно при запуске электрических двигателей), однако не могут накапливать энергию в больших количествах. Емкость ультраконденсаторов превосходит емкость обычных конденсаторов в десятки тысяч раз, однако для того чтобы они конкурировать с батареями необходимо продолжать улучшать их конструкцию.

В ультраконденсаторах электроды с большой площадью поверхности (например, пористый углерод) погружены в электролит. При приложении разности потенциалов к электродам электролит поляризуется таким образом, что около поверхности электрода начинают собираться ионы, противоположные по знаку заряду электрода, что создает на электроде высокую плотность заряда.

Руофф предположил, что благодаря большой площади поверхности графена можно добиться существенной поляризации растворителя и запасти в ультраконденсаторе еще больший электрический заряд. Исследователи использовали ранее разработанные методики для получения химически модифицированных листов графена. Исходным веществом для синтеза являлся оксид графита, который разрезали на полосы и восстанавливали для получения листов графена, содержащих небольшое количество кислорода, водорода и азота. Далее гибкие листы модифицированного графена смешивали с электролитом, например, гидроксидом калия.

Таким способом исследователи из США смогли получить ультраконденсатор с удельной емкостью 135 фарад на грамм. Руофф отмечает, что в соответствии с теоретическими предсказаниями емкость ультраконденсаторов на основе графена может быть вдвое выше емкости ультраконденсаторов на основе традиционных материалов.

Источник: Nano Lett., 2008, DOI: 10.1021/nl802558y

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности