Ученые создают новый материал для высокопроизводительных суперконденсаторов

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета Лилля (Лилль, Франция) создали новый материал на основе низкоокиси графена (rGO) для суперконденсаторов и накопителей энергии. Метод модификации rGO с использованием органических молекул, производных супервалентного йода, позволил получить вещество, запасающее в 1,7 раза больше электрической энергии. Результаты поиска опубликованы в Электрохимический закон Академический журнал (IF: 6215; Q1).

На фото: электроды модифицированного суперконденсатора рГО

Суперконденсатор – это электрохимическое устройство для хранения и высвобождения электрического заряда. В отличие от батарей они накапливают и выделяют энергию во много раз быстрее и не содержат лития.

Суперконденсатор – это элемент с двумя электродами, разделенными органическим или неорганическим электролитом. Электроды покрыты накапливающим заряд материалом. Современное направление науки – использование различных материалов на основе графена, который является одним из самых тонких и прочных материалов, известных человеку. Исследователи ТПУ и Ночного университета использовали низкий оксид графена (rGO), который является дешевым и доступным материалом.

“Несмотря на свой потенциал, суперконденсаторы пока не получили широкого распространения. Для дальнейшего развития технологий необходимо повышать эффективность суперконденсаторов. Одна из основных задач здесь – увеличение мощности.

Это может быть достигнуто за счет увеличения площади поверхности материала для аккумулирования энергии, в данном конкретном случае rGO. Мы нашли очень простой и быстрый способ. Мы использовали исключительно органические молекулы в умеренных условиях и не использовали дорогие и токсичные металлы », – говорит Павел Постников, доцент Научно-исследовательской школы химии и прикладных биомедицинских наук ТПУ и научный руководитель.

Восстановленный оксид графена осаждается в виде порошка на электродах. В результате электрод покрывается сотнями наноразмерных слоев материала. Другими словами, слои имеют тенденцию к слипанию. Чтобы увеличить площадь поверхности материала, следует увеличить расстояние между слоями.

«С этой целью мы модифицировали rGO органическими молекулами, что увеличило расстояние между слоями. Незначительные различия в расстоянии между слоями позволили увеличить энергоемкость материала в 1,7 раза. То есть 1 грамм нового материала может хранить в 1,7 раза больше энергии по сравнению с оксидом графена. Редуктор, – поясняет Елизавета Сверидова, младший научный сотрудник Школы химии и прикладных биомедицинских наук ТПУ, один из авторов статьи.

Реакцию продолжали путем образования активного арена из солей йодония. Они вызвали интерес ученых благодаря своим свойствам создавать единый слой новых органических групп на поверхности материалов. Ученые ТПУ уже много лет занимаются разработкой химии солей йодония.

«Реакция модификации продолжается в умеренных условиях, просто путем смешивания раствора соли йодония с оксидом графена с низким содержанием. Если сравнивать это с другими методами использования оксида графена с низким содержанием, мы достигли самых высоких показателей повышения физической энергоемкости», – говорит Елизавета Свиридова.

###

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! Не несет ответственности за точность информационных бюллетеней, отправленных в EurekAlert! Через участвующие учреждения или использовать любую информацию через систему EurekAlert.