Конденсаторы из нанотрубок скоро заменят все аккумуляторы

Ученые из Университета Райса на основе нанотрубок создали твердотельный суперконденсатор, который объединяет большую емкость и длительность хранения энергии батарей с быстротой зарядки и высокой мощностью конденсаторов, пишет CNews.

Новое устройство хранения электроэнергии способно работать в экстремальных условиях и является надежным и универсальным источником питания, который можно применять повсеместно: от микроустройств, до больших электростанций.

Обычные конденсаторы, которые сглаживают скачки напряжения, способны выдерживать цикл зарядка/разрядка сотни тысяч раз. Электрические двухслойные конденсаторы (EDLC), известные как суперконденсаторы, являются гибридами, которые могут хранить в сотни раз больше энергии, чем стандартный конденсатор, но при этом сохраняя способность быстро заряжаться и разряжаться. Однако обычные EDLC используют жидкий или гелеобразный электролит, который плохо работает в жаре или холоде. В новых суперконденсаторах, изобретенных в Университете Райса, жидкий электролит полностью заменен наноразмерным слоем оксида диэлектрического материала. Кроме того, большая площадь поверхности, которую обеспечивают углеродные нанотрубки, существенно повышает емкость суперконденсатора, что открывает ему дорогу для масштабного коммерческого использования. По мере роста нанотрубки самостоятельно собираются в плотные структуры, напоминающие микроскопические ворсистые ковры. Каждый пучок нанотрубок в новом суперконденсаторе в длину в 500 раз больше, чем в ширину. При этом крошечный микрочип может содержать сотни тысяч пучков.

Для создания нового устройства команде ученых пришлось вырастить массив пучков в 15-20 нанометров, состоящих из углеродных нанотрубок длиной до 50 мкм. Затем массив был помещен на медный электрод покрытий тонким слоем золота и титана, после чего пучки нанотрубок (первичные электроды) были обработаны серной кислотой для повышения их проводящих свойств. Следующим шагом стало покрытие нанотрубок тонким слоем оксида алюминия (диэлектриком) и алюминием, легированным оксидом цинка (противоэлектрод). Сборку цепи завершил верхний электрод, представляющий собой полоску серебряной краски. В итоге получилась конструкция металл/диэлектрик/ металл.

Новая технология изготовления суперконденсаторов является стабильной и масштабируемой. Твердотельный накопитель энергии можно будет использовать повсеместно: в гибких дисплеях, имплантатах, датчиках и любых других устройствах, где требуются быстрые зарядка или отдача тока большой силы.

Благодаря тому, что новая батарея не содержит токсичных материалов, она может использоваться, например в микророботах, путешествующих в кровотоке пациента. Также твердотельные супеконденсаторы можно применять в экстремальных условиях: на солнечных электростанциях в пустыне или на спутниках.