Новости

1 декабря, 2021 19:19

Ученые предложили способ увеличения заряда суперконденсаторов

Ученые МИЭМ ВШЭ и Института неклассической химии в Лейпциге предложили новую теоретическую модель суперконденсаторов. Она впервые учитывает свойства катиона, которые существенно влияют на электрическую емкость суперконденсатора. Это первая подобная работа в области электрохимии. По мнению авторов, модель должна позволить инженерам в будущем создавать более мощные источники энергии. Результаты работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ. 
Источник: Maxwell

Суперконденсаторы — это устройства, накапливающие энергию в  двойном электрическом слое на поверхности электрода (так, например, работают электроды платины, золота, углерода). Суперконденсатор, или ионистор, — это некий гибрид конденсатора и аккумулятора, и по сравнению с ними у него есть ряд преимуществ.  Он отличается, во-первых, высокой скоростью накопления электроэнергии и, во-вторых, большей электрической емкостью. По величине удельной емкости на единицу массы суперконденсаторы значительно превосходят обычные при гораздо меньших электрических напряжениях. 

Емкость — главная характеристика, которая показывает, как много двойной электрический слой может накопить электрической энергии.

Эффективное расстояние между обкладками суперконденсатора, которыми служат металлический электрод и слой ионов, в двойном электрическом слое составляет всего несколько нанометров. Поэтому даже при малых приложенных напряжениях суперконденсатор может накопить огромную электрическую энергию.

Авторы статьи провели анализ и определили, как свойства катиона (положительно заряженного иона) ионной жидкости влияют на величину электрической емкости суперконденсатора. 

Существующие теоретические модели описывают ионы в суперконденсаторах как бесструктурные заряженные частицы, не конкретизируя, чем один ион отличается от другого. Но для ионных жидкостей важны не только электрический заряд и размер каждого иона, но и такие характеристики, как дипольный момент катиона и электронная поляризуемость. 


Увеличение поляризуемости катиона ионной жидкости приводит к росту дифференциальной электрической емкости суперконденсатора. Источник: пресс-служба НИУ ВШЭ

Дипольный момент — произведение величины зарядов диполя на расстояние между ними (длина диполя).

Электронная поляризуемость — величина, определяющая способность частицы приобретать наведенный дипольный момент во внешнем электрическом поле.

Ученые проанализировали, как ведет себя дифференциальная емкость в зависимости от напряжения при увеличении постоянного дипольного момента и статической поляризуемости катионов для ионных жидкостей и их разбавленных растворов.  

В обоих случаях увеличение поляризуемости или постоянного дипольного момента катионов приводит к значительному увеличению дифференциальной емкости при отрицательных напряжениях. Такое поведение дифференциальной емкости авторы объяснили дополнительным притяжением катиона, обладающего постоянным или наведенным дипольным моментом, к электроду в неоднородном электрическом поле.

«Мы показали очень важную вещь, — объясняет профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Юрий Будков. — Емкость — а это главная характеристика, которая показывает, как много двойной электрический слой может накопить энергии, — чувствительна к изменению дипольного момента и поляризуемости органического катиона. Это дает возможность экспериментатору — инженеру-электрохимику, если он хочет достичь больших емкостей, заранее выбрать такую ионную жидкость, катион которой обладает большим дипольным моментом или поляризуемостью».


11 августа, 2022
Разработан новый сверхлегкий материал для защиты от нейтронного излучения
Международный коллектив ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Пет...
10 августа, 2022
Российские ученые создали гибридную вакцину от гриппа и коронавируса
Назальную вакцину, которая будет обеспечивать длительный, Т-клеточный иммунитет против коронавируса ...