Ученые Казанского национального исследовательского технического университета (КНИТУ-КАИ) разработали экономичный способ получения пенографита. Этот новый углеродный материал представляет собой альтернативу традиционному техническому углероду, обладающему низкой проводимостью, и дорогостоящему графену.
Инновационная методика позволяет значительно повысить электропроводность электродов для суперконденсаторов — устройств, играющих ключевую роль в современной энергетике благодаря способности быстро накапливать и отдавать большие мощности. Как уточняют в пресс-службе Минобрнауки РФ, задачей исследователей было создание материала, который легко синтезировать, который будет дешев и пригоден для масштабирования на промышленное производство. Результаты работ опубликованы в журналах «Авиационная техника».
Развитие таких технологий важно, например, для освоения северных территорий. Для надежного пуска двигателей техники при температуре ниже -40°C требуются высокие токи, которые не могут обеспечить обычные аккумуляторы. Суперконденсаторы справляются с этой задачей, но долгое время уступали батареям по общей емкости. В транспортной и авиационной отраслях, где важен каждый грамм, необходимы более эффективные и легкие решения. Углеродные материалы активно используются в производстве суперконденсаторов благодаря высокой удельной поверхности и проводимости. Казанские исследователи сосредоточились на создании трехмерных электродов повышенной электропроводности.
Новое направление в разработке химических источников тока - использование трехмерных электродов, которые из-за большей плотности активных веществ могут обеспечить более высокую удельную емкость. Особенно эффективны они будут при использовании в гибридных суперконденсаторах, которые благодаря протеканию в них электрохимических реакций способны обеспечивать значительно более высокую емкость. Однако разработка высокоемких электродов суперконденсаторов ограничена отсутствием методов получения таких электродов с высокой плотностью упаковки активных материалов, а также недостатком исследований электропроводности трехмерных электродных материалов
Команда КНИТУ-КАИ нашла решение, разработав простой и дешевый способ синтеза пенографита в обычной микроволновой печи. Окисленный графит помещается в керамическую емкость и обрабатывается излучением мощностью 1000 Вт в течение минуты. В результате получается материал со сложной трехмерной слоистой структурой. Анализ показал, что пенографит состоит из чистого углерода, а его уникальная «губчатая» структура создает отличные токопроводящие каналы в электроде.
Эксперименты с электродами на основе активированного угля и гидроксида никеля показали выдающиеся результаты. Уже при добавлении 3% пенографита электропроводность превзошла показатели состава с 10% технического углерода. При 7% нового материала проводимость возросла в 3,5 раза по сравнению с образцом, содержащим 30% сажи. Пенографит распределяется в активной массе равномерно, обеспечивая надежный контакт, и эффективен для разных типов суперконденсаторов.
Ранее Наука Mail рассказывала про новый материал для суперконденсаторов.
