Волоконный суперконденсатор сравнялся по емкости с батареями

Суперконденсатор новой конструкции, созданный сингапурскими, китайскими и американскими инженерами и учеными, состоит из плотного переплетения графена с углеродными нанотрубками. Такая конструкция позволит внедрять этот источник энергии в ткань и использовать для питания носимого медицинского и коммуникационного оборудования.

Однако главным достоинством данного суперконденсатора является высокая энергоемкость, параметр, по которому такие устройства до сих пор сильно уступали аккумуляторам.

Разработчики продукта утверждают, что его удельная плотность энергии составляет 6,3 мкВт•ч на кубический миллиметр: наивысший результат для суперконденсаторов на углеродной основе, сопоставимый с показателями некоторых типов тонкопленочных литий-ионных батарей. При этом гибридное волоконное устройство сохраняет свойственную суперконденсаторам способность быстро заряжаться и быстро высвобождать накопленную энергию.

Для изготовления гибридных волокон, раствор, содержащий окисленные одностенные нанотрубки, оксид графена и этилендиамин (легирует графен азотом), прокачивался через узкую и гибкую трубку — капиллярную колонну — и шесть часов выдерживался в нагретой печи. При этом фрагменты графена выравнивались, а нанотрубки самоорганизовывались, формируя пористую структуру с гигантской площадью поверхности (396 квадратных метров на грамм), служащей для транспорта и хранения зарядов.

Как указывается в публикации в журнале Nature Nanotechnology, предложенная технология позволяет организовать непрерывное производство такого волокна с контролируемым качеством.

Применяя описанный выше процесс, авторы смогли получить гибкие волокна длиной 50 метров, обладающие высокой емкостью — 300 фарад на кубический сантиметр.

Они экспериментально установили, что последовательное подключение трех пар волокон утраивает напряжение, сохраняя прежним время зарядки/разрядки. Параллельное подключение втрое увеличивает длительность этих процессов, но также утраивает выходящий ток.

Волоконный суперконденсатор также продемонстрировал высокую циклическую стабильность: после 10 тыс. перезарядок он сохранил 93% начальной емкости, что на порядок лучше, чем у коммерческих аккумуляторов. Тесты на гибкость не показали ухудшения характеристик устройства даже после изгибания его несколько сотен раз.

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