В MIT создан первый безуглеродный суперконденсатор

В Массачусетском технологическом институте (MIT) разработали суперконденсатор, в котором отсутствуют обычные для таких устройств проводящие компоненты из углерода, для получения которых необходимы высокие температуры (более 800 °C) и агрессивные химикаты.

«Все двухслойные суперконденсаторы сегодня сделаны из углерода, — говорит Мирца Динка (Mircea Dinca), адъюнкт-профессор химии в MIT. — В них используются углеродные нанотрубки, графен, активированный уголь всех его разновидностей, но ничего, кроме углерода. Так что это первый неуглеродный, электрический, двухслойный суперконденсатор».

Как отмечается в статье для журнала Nature Materials, опытные образцы новых суперконденсаторов даже в их нынешнем неоптимизированном виде сопоставимы или превосходят коммерческие аналоги на углеродной основе по ключевым параметрам производительности. Тестирование показало, что они теряют менее 10% ёмкости после 10 тыс. циклов перезарядки.

«Мы открыли абсолютно новый класс материалов для суперконденсаторов», — сообщил Динка. Его группа уже несколько лет занимается исследованием пористых металлорганических структур, MOF (Metal-Organic Framework). По площади поверхности — важному показателю, определяющему производительность суперконденсаторов — MOF намного превосходят углеродные материалы. Однако их электропроводность до сих пор была невысока, что снижало ценность этих материалов для таких приложений.

Поэтому, одной из долгосрочных целей исследователей MIT — сложной, но не невозможной — было сделать эти материалы электропроводящими. Это считалось очень сложной задачей. Однако MOF обладают ещё одним нужным качеством для электродов суперконденсаторов — они хорошо проводят ионы.

Показательно, что MOF, использовавшиеся авторами в прототипах новых суперконденсаторов, имеют самую маленькую площадь поверхности среди известных материалов данного типа. Некоторые из них втрое превосходят углерод по этому параметру. Их применение, по прогнозам учёных, позволит довести ёмкость таких устройств практически до уровня батарей, сохранив все свойственные суперконденсаторам преимущества — высокую удельную мощность, циклическую стабильность, пожаробезопасность.

Несмотря на простоту производства и потенциальную низкую себестоимость, новые электропроводящие MOF, по всей видимости, будут дороже углеродных материалов, которые, как выразился Динка «стоят дешевле грязи». Однако, обеспечиваемое ими значительное улучшение производительности, откроет перед новым материалам множество перспективных приложений. Кроме суперконденсаторов, это могут быть, например, окна с изменяемой прозрачностью и датчики для обнаружения следовых количеств химических веществ.