Исследователи из Китая разработали новый ультратонкий суперконденсатор, емкость которого в шесть раз выше емкости самых мощных современных коммерчески доступных суперконденсаторов. Помимо высокой емкости новый конденсатор выгодно отличается от существующих еще и тем, что сочетает высокую гибкость и уникальные электромеханические свойства.
Исследователи из группы Чуйжу Менга (Chuizhou Meng) из Университета Циньхуа начали изучение методов получения гибких конденсаторов исходя из того, что в настоящее время электронные устройства уменьшаются и становятся гибкими. Однако миниатюризация систем питания таких устройств – аккумуляторов и суперконденсаторов происходит не с такой большой скоростью, что, естественно тормозит прогресс в области создания более легкой и удобной электроники нового поколения.
Так, размеры суперконденсаторов определяются их конструкционным строением – два электрода, погруженных в жидкий электролит, отделены друг от друга специальным разделителем. Два основных недостатка такой конструкции заключаются в том, что, во-первых, наличие жидкого электролита требует специального контейнера для предотвращения протечек жидкости, и, во-вторых, большое количество элементов, из которых создана система, приводит к понижению производительности и сокращению жизни устройства.
Для того чтобы сделать энергозапасающее устройство, которое было бы меньше по размеру и гибче уже существующих, исследователи решили использовать материалы на основе углерода. Новый суперконденсатор был получен из двух электродов из полианилина (проводящего полимера) и углеродных нанотрубок; электроды были помещены в гелеобразный полимерный твердотельный электролит (одновременно игравший роль разделителя). Такой подход к конструкции позволил исследователям получить гибкий суперконденсатор, который был не толще листа бумаги. Применение новых материалов и отсутствие движущихся частей позволило исследователям отойти от классической конфигурации и увеличить гибкость элемента питания. Интересным наблюдением оказалось то, что при наложении напряжения и сгибании емкость нового суперконденсатора
Во время лабораторных испытаний исследователи продемонстрировали, что максимальная емкость нового суперконденсатора (в согнутом, напряженном состоянии) составляет 31.4 Ф/г, для сравнения – емкость коммерчески доступных в настоящее время суперконденсаторов составляет 5.2 Ф/г. Новый суперконденсатор также обладает и другими уникальными характеристиками – высокой плотностью энергии, низким значением тока потерь и большим количеством циклов зарядки-разрядки. Исследователи предполагают, что эти свойства могут быть дополнительно улучшены за счет оптимизации материалов для создания устройства и особенностей его конструкции, например, уменьшения расстояния между электродами.
Исследователи продемонстрировали, что три суперконденсатора, объединенные в единую систему, могут использоваться в качестве источника тока для красного светоизлучающего диода. После 15 минут зарядки током с напряжением 2.5 В суперконденсаторы поддерживали свечение светоизлучающего диода около получаса.
