Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создали композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида марганца и рения. Этот материал позволит повысить энергоэффективность суперконденсаторов, используемых в альтернативной энергетике.
Результаты исследования опубликованы в швейцарском научном журнале Applied Sciences.
Углеродные нанотрубки — перспективный материал, представляющий собой углеродную цилиндрическую структуру, созданную из графена. Нанотрубки отличаются высокой прочностью и плотностью, при этом их толщина менее человеческого волоса. При добавлении небольших объемов вещества (1-3 % от общего объема) в определенную среду нанотрубки способны значительно улучшать характеристики этой среды.
Ранее уже проводились эксперименты по добавлению нанотрубок в дорожное покрытие, автомобильные покрышки, литий-ионные аккумуляторы и даже в бумагу. В результате вещество становилось более прочным и эффективным.
Ученые СПбГУ разработали новые способы повышения эффективности суперконденсаторов за счет использования комбинации многослойных нанотрубок и оксидов переходных металлов. Один из подходов — увеличение площади поверхности, обеспечивающей энергетическую эффективность электрода.
Особое внимание ученых привлекают оксиды марганца, обладающие высокой удельной емкостью, низкой токсичностью и себестоимостью производства. Ученые создали композитный материал на основе многослойных углеродных нанотрубок и оксида марганца с добавкой тяжелого металла рения. Этот материал отличается высокими показатели емкости — накапливаемого заряда на единицу массы. Во время эксперимента ученые наносили на поверхность нанотрубок слои оксида марганца, затем проводили температурные обработки для кристаллизации и формирования наночастиц. Это позволило увеличить удельную емкость более чем в 2 раза, однако данный показатель быстро снижался.
Полученные учеными СПбГУ результаты позволят значительно повысить эффективность источников импульсной мощности, которые генерируют большое количество энергии в короткий срок.