Исследователи из Университета Цинхай изучили материал на основе никеля, кобальта и железа. Они хотели понять, как изменение температуры обработки влияет на его структуру и способность накапливать энергию. Результаты опубликованы в журнале Energy & Environment Nexus.
Суперконденсаторы могут очень быстро заряжаться и отдавать большое количество энергии. Поэтому их рассматривают для применения в электронике, транспорте и системах хранения энергии. Но у них есть недостаток — сравнительно небольшая энергоемкость. Иными словами, они могут быстро отдавать энергию, но пока не способны хранить ее так же долго, как некоторые аккумуляторы.
Ученые нагревали материал при температуре от 35 до 115 °C. В процессе его структура постепенно менялась: сначала это был аморфный гидроксид, затем кристаллический оксид, а в итоге — кристаллический сульфид. Лучший результат исследователи получили при 95 °C. Получившийся материал назвали NCF-S95.
В нем одновременно присутствовали оксид и сульфид. Такая комбинация называется гетеропереходом — границей между двумя разными материалами, которая может улучшать движение электронов и ионов. Оксид в этой структуре обеспечивает стабильность, а сульфид лучше проводит электричество и активнее участвует в электрохимических реакциях. NCF-S95 показал удельную емкость 171,52 мА/ч на грамм при плотности тока 2 мА/кв. см. Это был лучший результат среди протестированных материалов. После 10 тыс. циклов зарядки и разрядки электрод сохранил 62,28% первоначальной емкости.
Суперконденсатор из нового материала и активированного угля показал энергоемкость 32,7 Вт/ч/кг при мощности 400 Вт/кг. После 7 тыс. циклов устройство сохранило 63,1% емкости. Два соединенных последовательно устройства смогли питать светодиодную лампу в течение 14 минут.
Главный вывод работы заключается в том, что для улучшения электрода необязательно просто увеличивать количество серы в материале. Гораздо важнее контролировать промежуточные стадии его превращения и получить нужное сочетание фаз. Авторы считают, что такой подход поможет создавать более эффективные материалы для суперконденсаторов и других систем хранения энергии.
Также недавно на Урале создали суперконденсатор для сверхэкономичных гаджетов.