Ученые из Сколковского института науки и технологий, Университета Аалто и Массачусетского технологического института разработали недорогой и экологически безопасный суперконденсатор, обладающий высокой производительностью. Он найдет применение в области носимой электроники. Статья исследователей опубликована в Journal of Energy Storage.

Суперконденсаторы — это устройства, имеющие высокую удельную мощность, скорость зарядки-разрядки и долгий срок службы. Многие из них также достаточно дешевы в производстве. Суперконденсаторы — один из перспективных источников питания для большого количества сфер — от мобильной и носимой электроники до электромобилей. Однако создать такое устройство, которое одновременно имело бы высокую удельную энергоемкость, безопасность, а также подходило бы для небольших устройств, ученым до сих пор не удавалось.

«Чтобы повысить удельную энергоемкость суперконденсаторов, обычно применяют ионные жидкости. Эти соединения не только представляют опасность для экологии, но и существенно уступают по удельной мощности водным электролитам с более высокой проводимостью», — рассказывает одна из авторов статьи, профессор Университета Аалто Таня Каллио.

Авторы новой работы придумали решение этой проблемы. Для этого они создали твердотельный материал на основе пластинчатых электродов из графена, легированного азотом. Его исследователи помещали в гидрогелевый электролит, содержащий раствор хлорида натрия. Полученную структуру авторы располагали между двумя токосъемниками из пленок однослойных углеродных нанотрубок. Благодаря этому исследователи сделали суперконденсатор более эластичным. Гидрогель позволил увеличить удельную энергоемкость устройства при использовании экологически чистого водного электролита.

Новое устройство имеет высокую объемную емкость, удельную мощность и энергоемкость по сравнению с аналогичными суперконденсаторами, созданными ранее. «Производительность нашего прототипа не менялась даже после тысячи циклов растяжения при деформации. Чтобы снизить стоимость и повысить экологичность суперконденсатора, в качестве электролита мы выбрали обычный раствор хлорида натрия. Стоимость этого устройства можно снизить еще сильнее, если использовать 3D-печать и другие современные производственные технологии», — резюмировал один из авторов исследования, профессор Сколтеха Альберт Насибулин.