В эпоху миниатюрной электроники накопители энергии стали незаметной, но критически важной деталью: они питают все — от смарт‑часов до дронов. Проблема в том, что отработавшие устройства почти не поддаются переработке: их компоненты намертво скреплены, а внутри нередко содержатся горючие вещества.
Исследователи Це Нга Нг и Нанду Корипалли предложили подход, который переворачивает саму логику создания таких систем: вместо «одноразовой» конструкции они разработали суперконденсатор, изначально рассчитанный на разборку и повторное применение материалов. Результаты работы опубликованы в ACS Energy Letters.
Суть инновации — в сочетании безопасной химии и продуманной механики. В устройстве используют ионы цинка и негорючий электролит на водной основе, что снижает риски при утилизации. Ключевым элементом стали растворимые клеи: при нагреве они надежно фиксируют слои, а в слабокислой среде — распадаются, позволяя отделить компоненты без повреждений. Анод собран из медной пластины и цинковой фольги, катод — из активированного углеродного волокна, а роль твердого электролита играет пористая смола на пластиковой пленке, пропитанная раствором хлорида цинка (II). Получается тонкий модуль на два вольта — компактный и эффективный.
Потенциал технологии ученые показали на миниатюрном планере: четыре суперконденсатора встроили в крылья, и пропеллер, питаемый ими, позволил аппарату пролететь 3,7 м — заметно дальше, чем без внешнего источника энергии. Эксперимент наглядно подтвердил, что устройство стабильно отдает энергию даже в предельно легкой системе.
Устойчивое развитие и производительность не обязательно должны быть взаимоисключающими целями. Принимая во внимание весь жизненный цикл материала, мы можем объединить требования к конструкции в одно решение, чтобы создавать структурные накопители энергии, которые сохраняют высокую производительность и просты в ремонте и повторном использовании
Тест на повторное использование оказался убедительным: один из модулей поместили в слабокислый раствор — через 30 минут слои разделились. Восстановленный катод из углеродного волокна задействовали еще дважды, комбинируя его со свежими электролитами и цинковыми анодами. Материал выдержал более 172 тыс. циклов зарядки‑разрядки, практически не теряя характеристик.
Такой подход способен заметно сократить объем электронных отходов: отработавшие накопители можно разбирать и пускать в новый производственный цикл. Для индустрии портативной электроники это шаг к циркулярной экономике, где компоненты возвращают в работу, сохраняя эффективность устройств.
Ранее Наука Mail рассказывала, что на Урале создали суперконденсатор для сверхэкономичных гаджетов.