Ученые нашли способ повышения емкости источников энергии для портативной электроники

Группа ученых из Сколтеха и МГУ предложила новый подход для замещения атомов углерода на атомы азота в кристаллической решетке суперконденсаторов, что позволит повысить емкость источников энергии для портативной электроники, сообщили в четверг в пресс-службе Сколтеха. Исследование опубликовано в журнале группы Nature — Scientific Reports.

Суперконденсатор — один из химических источников тока, характеризующийся большими скоростями разрядки и зарядки по сравнению с батареями, а также большей запасенной энергией на единицу массы или объема. Обычно в качестве материалов для суперконденсаторов используются пористые материалы, такие как углерод или пористые металлы. Использование металлов приводит к значительному увеличению массы источников.

Существует несколько возможных путей увеличения емкости таких электрохимических источников без увеличения их массы — использование более легких элементов или замена атомов в углеродной кристаллической решетке на атомы другого элемента. Второй метод считается перспективным, так как позволяет легко осуществить замену еще на этапе синтеза углеродных структур. Один из элементов, которым хотят заменить часть атомов углерода в кристаллической решетке, — азот, который участвует в окислительно-восстановительных реакциях, что приводит к дополнительному увеличению емкости. Несмотря на то, что ученым относительно давно известен данный метод, вопрос о влиянии азота на электрохимические характеристики до сих пор оставался открытым.

«В этом исследовании мы применили метод обработки структур в плазме для повышения емкости электродов. Мы использовали углеродные структуры с большой удельной поверхностью в качестве исходного материала и заменяли часть атомов углерода на азот, который приводит к увеличению электрохимической емкости. Данный подход может быть применен для модификации любых углеродных материалов. Полученные структуры тестировались различными методами и экспериментальные результаты показали увеличение емкости в шесть раз и отличную стабильность в циклах зарядки-разрядки», — приводит пресс-служба слова руководителя группы исследователей, старшего научного сотрудника Сколтеха, кандидата физико-математических наук Станислава Евлашина.

Ученые провели моделирование процесса встраивания азота в углеродные структуры, что «проливает свет на сложные механизмы встраивания атомов азота в углеродную решетку», отметил он. Для экспериментов ученые использовали углеродные наностенки — структуры из вертикально ориентированных листов графена.

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈