Ускоритель частиц помог ученым РФ повысить емкость электродов для суперконденсаторов

Российские ученые выяснили, что емкость углеродных электродов для суперконденсаторов можно повысить примерно в пять раз, если обработать сырье для их производства, так называемые углеродные наностенки, при помощи ионов аргона, разогнанных ускорителем частиц. Об этом сообщила пресс-служба «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ).

«В этом году мы уже показали, как добиться повышения емкости за счет внедрения в углеродные наностенки атомов других элементов. А в этот раз мы добились еще большего прироста емкости, облучив тот же материал аргоном из ионного ускорителя. Подобранная доза излучения оптимальна — она вызывает максимум полезных дефектов, но все еще не разрушает структуру материала», — пояснил старший преподаватель Центра технологий материалов «Сколтеха» Станислав Евлашин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Евлашин и его коллеги уже много лет работают над разработкой новых типов и оптимизацией свойств уже существующих форм суперконденсаторов — электрических устройств, способных запасать в себе большие количества энергии и почти мгновенно выделять ее назад почти неограниченное число раз. Их использование в электромобилях и электроавтобусах позволяет экономить ресурс литий-ионных аккумуляторов, а также снижает вероятность перегрева и взрыва этих батарей.

В последние годы ученые активно работают над созданием суперконденсаторов на базе различных наноматериалов, в том числе и так называемых углеродных наностенок — «стопок» из 10-15 листов графена, двумерного углеродного материала. Один из главных препятствий для их ускоренного внедрения в промышленное производство накопителей энергии является то, что наностенки отличаются относительно низким соотношением емкости и площади поверхности.

В начале этого года Евлашин и его коллеги представили подход, который позволяет удвоить поверхностную емкость этого наноматериала путем его обработки плазмой из аргона и азота. Данный успех побудил ученых изучить, как именно меняется структура и физические свойства наностенок при обработке плазмой или потоком ионов из ускорителя частиц. Проведенные учеными расчеты показали, что при определенной концентрации ионов внутри наностенок возникают структурные дефекты, которые исследователи назвали наноразмерными полостями.

В эти полые структуры, как отметил заместитель заведующего лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ Никита Орехов, могут проникать и встраиваться молекулы электролитов, что в пять раз повышает емкость суперконденсатора. При этом процедуру формирования этих нано-полостей можно осуществлять при помощи отработанных технологий из полупроводниковой промышленности, что облегчит внедрение разработки российских ученых в промышленную практику, подытожили ученые.