До сих пор «химические» конденсаторы на основе диоксида марганца — дешевого и распространенного в природе сырья, уступали более распространенным углеродным «физическим» конденсаторам по одной из самых важных характеристик — мощности.
Наностержни для суперконденсаторов
Технологический процесс выращивания упорядоченных наностержней диоксида марганца позволяет создать суперконденсаторы нового поколения.
Сотрудник Мичиганского технологического университета Деннис Дешенг Менг (Dennis Desheng Meng) попытался преодолеть этот недостаток, применив в конструкции конденсатора наностержни из диоксида марганца. Но изготовить наностержни с нужными свойствами оказалось не так-то просто. Получались либо нужная кристаллическая структура наностержней, либо их правильная ориентация, но не то и другое одновременно.
В конце концов группе Менга удалось-таки найти способ выращивать достаточно (по нано-стандартам) прямые и длинные наностержни, имеющие оптимальную кристаллическую структуру — так называемый α-диоксид марганца.
Конденсатор из полученного материала имеет минимальное внутреннее сопротивление, что позволяет ему заряжаться и разряжаться с меньшим тепловыделением, а следовательно, быстрее накапливать и отдавать энергию и выдерживать большее количество циклов заряда-разряда. Образец, изготовленный группой Менга, сохранил 92% начальной емкости после 2000 циклов перезарядки.
Конденсатор Менга — представитель семейства «химических», или окислительно-восстановительных конденсаторов. Такие конденсаторы представляют собой своеобразный гибрид «физических» суперконденсаторов, способных быстро разряжаться и отдавать энергию, и аккумуляторных батарей, которые могут накапливать больше энергии, чем суперконденсаторы, но отдают ее гораздо медленнее.
Типичные «химические» конденсаторы имеют большую емкость, но меньшую мощность по сравнению с «физическими». Но конденсатор Менга по мощностным показателям превосходит углеродные суперконденсаторы.
Вырастить «нанолес наностерженей» группе Менга удалось с использованием процесса электрофорезного осаждения, в котором мелкие частицы осаждаются на субстрате под действием электрического поля. Исследователи уверены, что их технология легко может быть воспроизведена в промышленных масштабах.
Новые конденсаторы могут найти применение в качестве накопителя энергии в электромобилях и в солнечных энергетических установках, а возможности новой технологии, по мнению Менга, не ограничиваются производством суперконденсаторов.
По сообщению PhysOrg