В Пермском университете разработали элементы батарей повышенной емкости для электрокаров

Группа ученых молодежной лаборатории интегральной фотоники ПГНИУ и Центра компетенций НТИ «Фотоника» совместно с коллегами из университета Луисвилля создала новый материал для суперконденсаторов. В основе разработки лежат наночастицы углерода. Технология пермских ученых позволит электрокарам заряжаться в два раза быстрее. Результаты работы опубликованы в журнале Surface Engineering and Applied Electrochemistry.

Разработанные частицы для суперконденсаторов состоят из нескольких вложенных друг в друга графеновых сфер, подобно тому, как слои располагаются в луковице. 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.

«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», – комментирует руководитель молодежной лаборатории интегральной фотоники ПГНИУ, старший научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Фотоника» Роман Пономарев.

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 килограмм до 5 килограмм. А вес аккумулятора, полностью состоящего из созданных частиц, составит 200 грамм, при этом размер уменьшиться 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, и из них выводятся электроды для зарядки и разрядки.

Такой подход позволяет создавать суперконденсаторы, которые при прочих равных условиях заряжаются в несколько раз быстрее. Ученые объясняют это тем, что в них не происходит химических реакций, а значит заряд и разряд такой батареи происходят практическим мгновенно. Заряжаются они с той скоростью, которую способна дать розетка. При этом скорость этих процессов почти не зависит от температуры, то есть система может работать в Арктике также 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», – продолжил Роман Пономарев.

Кроме того, ученые отмечают, что подобные элементы применимы в фотонике. Например, в фотонных датчиках. Подобный элемент позволит безопасно подавать на них энергию, которая в дальнейшем позволит замерять параметры внутри газопроводах и нефтепроводах.

Исследования проходят в рамках стратегии Пермского университета по программе «Приоритет 2030».

Центр компетенций НТИ «Фотоника»