Разработан способ увеличить эффективность источников питания портативной электроники

0
Разработан способ увеличить эффективность источников питания портативной электроники

Учёными из Сколтеха, МГУ и МФТИ предложен новоиспеченный способ замещения атомов углерода атомами азота в кристаллической решётке суперконденсатора. Они разработали новый метод увеличения ёмкости, основанный на модификации углеродной решётки при поддержки плазмы. Это открытие может помочь при создании источников питания следующего поколения для портативной электроники. Результаты их научной труды были опубликованы в Scientific Reports.

По мере развития портативных устройств растёт спрос на новые виды ключей энергии. Учёные продолжают искать эффективные пути улучшения возможностей электрохимических батарей.

Химические источники тока, суперконденсаторы, выделяются высокими показателями заряда и разряда и более высокой энергоёмкостью на единицу массы или объёма в сравнении с батареей.

Как правило, в суперконденсаторах применяются ноздреватые материалы, такие как углерод или пористые металлы, однако использование металлов значительно утяжеляет источник питания.

Есть ряд способов увеличения ёмкости электрохимических источников питания без изменения их массы, например, использование более лёгких элементов или внедрение атомов иных элементов в кристаллическую решётку (легирование).

Считается, что при использовании второго метода открываются более благоприятные перспективы, так как он позволяет легковесно внедрять атомы на стадии синтеза углеродной структуры. В качестве одного из легирующих элементов рассматривается азот. Он участвует в окислительно-восстановительных реакциях, что ведёт к добавочному увеличению ёмкости. Хотя учёные уже давно осведомлены о методе легирования, влияние азота на электрохимические характеристики остаётся малоизученным.

Группа учёных под руководством старшего научного сотрудника Сколтеха Станислава Евлашина продемонстрировала несложный вариант повышения электрохимических показателей суперконденсаторов. Их подход предоставляет более глубокое понимание процесса внедрения азота. Исследователи коротали эксперименты с применением углеродных наностенок, выполненных из вертикально ориентированных графеновых пластин, часть углерода в которых замещена азотом линией воздействия плазмы на углеродную структуру. Результаты исследования представляют собой важный шаг на пути создания новых ключей энергии.

«В данном исследовании нами применена плазменная постобработка с целью улучшения работоспособности электродов, — объясняет доктор Евлашин. – Нами использовались углеродные структуры с высокоспецифичными районами поверхности в качестве материала для легирования в азотной плазме и замещения части атомов углерода атомами азота для того, чтобы повысить электрохимическую ёмкость источника энергии. Такой подход может применяться для модифицирования любых углеродных структур. Полученные образчики прошли различные тесты. Экспериментальные результаты показали шестикратное увеличение электрохимической ёмкости и отличную циклическую стабильность. Нами также прочерчено DFT-моделирование процесса внедрения азота, которое даёт некоторое понимание сложных механизмов внедрения».


Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *