Солнце поможет в улучшении характеристик графеновых суперконденсаторов

Исследовательская группа Китайской Академии Наук смогла улучшить энергоёмкость графеновых суперконденсаторов, применив для этого нагрев солнечным излучением. О своей работе учёные рассказали в статье, которая вышла в журнале Journal of Materials Chemistry A.

При низких температурах диффузия ионов в электролите затруднена, что серьёзно ограничивает электрохимические процессы суперконденсаторов. Чтобы решить эту проблему с помощью нагреваемых солнечным светом электродов авторам работы требовалось создать материалы, в которых высокая энергоёмкость сочеталась бы с отличными  солнечными тепловыми свойствами.

Для этого китайские учёные сначала подготовили графеновые плёнки с тёхмерной структурой пор, а затем, методом импульсного электроосаждения, равномерно покрыли эту основу электропроводящим полимером, полипирролом.
 
В испытаниях суперконденсатор с электродами из графен/полипирролового композита продемонстрировал множество преимуществ, по сравнению с известными решениями.

Когда температура снижалась до -30°С, электрохимические характеристики этого суперконденсатора удавалось быстро восстановить до уровня, соответствующего комнатной температуре, если электроды облучали солнечном светом с интенсивностью 1,0 кВт/м2. Между тем, при комнатной температуре (15°С) солнечная подсветка аналогичной интенсивности приводила к нагреву поверхности устройства на 45°С.

После повышения температуры электродов, благодаря возросшей скорости диффузии ионов электролита и  оптимизированной структуре пор энёргоемкость увеличилась в 4,8 раза (удельная ёмкость и плотность энергии достигали 2755,2 мФ/см2 и 21,55 мВт ч/см3 соответственно).  Кроме того, хорошая защита твёрдого электролита обеспечила высокую циклическую устойчивость суперконденсатора: после 10 000 циклов зарядки/разрядки его ёмкость составляла 85,8% от исходной.

Таким образом, данная работа предоставила возможное решение проблемы деградации свойств суперконденсаторов при низких температурах и указала новый путь разработки устройств с высокой энергоёмкостью.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365