Ученые молодежной лаборатории интегральной фотоники Пермского государственного национального исследовательского университета (ПГНИУ) и Центра компетенций НТИ «Фотоника» совместно с коллегами из университета Луисвилля создали новый материал для суперконденсаторов батарей электрокаров. Технология пермских ученых, основанная на наночастицах углерода, позволит электрокарам заряжаться в два раза быстрее, сообщили ТАСС в четверг в Центре компетенций.
«Суперконденсаторы на основе полученных частиц обладают повышенной емкостью, то есть могут запасать больше энергии при том же объеме и весе. А само применение суперконденсаторов или гибридных электрохимических элементов позволяет высвобождать большое количество энергии за очень маленькое время. Это нужно, например, при старте холодного двигателя зимой», — рассказал руководитель молодежной лаборатории интегральной фотоники ПГНИУ, старший научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Фотоника» Роман Пономарев.
По его словам, разработанные частицы для суперконденсаторов состоят из нескольких вложенных друг в друга графеновых сфер наподобие слоев луковицы. «Новизна полученных частиц в том, что они, во-первых, очень мелкие — имеют размеры 3–5 нанометров, а во-вторых, весьма устойчивые к внешним воздействиям. Например, к перемешиванию и сжатию», — пояснил исследователь.
Об устройстве суперконденсатора
Как отмечают ученые, разработанный элемент заменит свинцовые аккумуляторы или приведет к созданию более легких гибридных аккумуляторов. При этом вес гибридного агрегата снизится с 10–20 до 5 кг. Вес аккумулятора, полностью состоящего из созданных частиц, составит 200 г., при этом размер уменьшится до смартфона. Сам суперконденсатор состоит из двух ячеек, содержащих электродный материал из разработанных наночастиц, смешанных с электролитом. Ячейки разделяются непроводящей мембраной. В самом простом случае материал спрессовывается в корпусе из двух половинок, а из них выводятся электроды для зарядки и разрядки.
Такие суперконденсаторы при прочих равных условиях заряжаются в несколько раз быстрее. Ученые объясняют это тем, что в них не происходит химических реакций, а значит заряд такой батареи происходит практически мгновенно. Заряжаются они с такой скоростью, которую способна дать обычная розетка. При этом скорость процесса зарядки почти не зависит от температуры, то есть система может работать в Арктике так же эффективно, как и в средней полосе.
«Токи утечки для таких ячеек тоже очень маленькие, а ресурс — большой. В наших экспериментах после 400 циклов зарядки-разрядки мы увидели падение емкости только на 3%. Это лучше, чему у современных литий-полимерных аккумуляторов», — сообщил Пономарев.
Он также отметил, что подобные элементы применимы и в фотонике. Например, в фотонных датчиках. Подобный элемент позволит безопасно подавать на них энергию, которая в дальнейшем позволит замерять параметры внутри газопроводов и нефтепроводов.
Результаты своей работы пермские ученые опубликовали в журнале Surface Engineering and Applied Electrochemistry.
О Центре компетенций
Центр компетенций НТИ «Фотоника» создан на базе ПГНИУ по результатам конкурсного отбора Российской венчурной компании на предоставление господдержки для центров Национальной технологической инициативы (НТИ) в 2020 году. Пермский центр компетенций «Фотоника« — единственный в России с таким профилем инноваций. В консорциум входят более 40 организаций по всей России, от Санкт-Петербурга до Владивостока. Фотоника также является одним из ключевых направлений развития Пермского государственного национального исследовательского университета в рамках программы «Приоритет-2030».
