Двумерный материал электродов позволит зарядить гаджет за доли секунды

Ученые из Дрексельского университета США разработали новую конструкцию электродов для ионисторов, которые позволят заряжать электронные устройства за доли секунды, накапливая при этом гораздо больше энергии, чем суперконденсаторы. Исследование опубликовано в журнале Nature Energy, также о нем сообщает издание IEEE Spectrum.

Помимо привычных химических источников тока, таких как литий-ионные аккумуляторы, существуют и альтернативные устройства для хранения энергии. К примеру, активно развиваются суперконденсаторы, также называемые ионисторами. В отличие от аккумуляторов они могут выдавать ток гораздо большей величины, гораздо быстрее заряжаются, и почти не теряют свои свойства после сотен тысяч циклов работы. На их основе, к примеру, работают экспериментальные автобусы, которые на остановках присоединяются к специальному зарядному устройству и быстро восстанавливают запас энергии.

Существует вид ионисторов, который совмещает многие свойства конденсаторов, но в то же время запасает энергию за счет электрохимических реакций, как и аккумуляторы. Именно над таким устройством и работали ученые. Основой разработанного ими электрода служит так называемый MXene — двумерный материал на основе карбида титана. Материал содержит множество небольших пор, благодаря чему сокращался путь прохождения ионов при зарядке и разрядке, а, соответственно, и скорость этих процессов. Помимо этого материал содержит множество мест для накопления заряда.

Ученые заявляют, что такое строение материала позволит заряжать устройства так же быстро, как и обычные суперконденсаторы, но при этом запасать на порядок больше энергии. Однако, они признают, что достичь такой же плотности энергии, как у литиевых аккумуляторов вряд ли получится в ближайшие годы. Сейчас они работают над созданием подходящего катода, который позволит создать полноценное устройство, готовое к использованию.

В 2015 году ученые создали псевдоконденсатор, обладающий в тысячу раз большей объемной емкостью, чем аналоги. В том же году физики научились следить за отдельными ионами в суперконденсаторах. Это позволило уточнить механизмы, которые происходят в процессе зарядки или разрядки таких устройств.

Григорий Копиев