Технології

Вчені створили екологічний та ефективний суперконденсатор на основі лігніну

Прототип суперконденсатора на основі лігніну. Texas A&M University College of Engineering / TechXplore

Прототип суперконденсатора на основі лігніну. Texas A&M University College of Engineering / TechXplore

За допомогою гідротермічного методу вчені синтезували високоефективний рослинний напівтвердий електрод для гнучких суперконденсаторів. Він виготовлений з діоксиду марганцю та лужного лігніну — органічної речовини, що входить до складу деревини. Автори дослідження, опублікованого у журналі Energy Storage, переконані, що такий суперконденсатор можна буде використати для майбутньої стійкої та екологічної електроніки.

Що таке суперконденсатори?

Пристрої для накопичення енергії, як правило, представлені у формі або акумуляторів, або суперконденсаторів. Хоча обидва типи пристроїв можуть подавати електричний струм, коли це необхідно, вони мають деякі принципові відмінності. Акумулятори можуть зберігати велику кількість заряду на одиницю об'єму, але суперконденсатори набагато ефективніші, коли необхідно видати велику кількість електричного струму за короткий час. Це допомагає суперконденсаторам швидко заряджати пристрої, на відміну від батарей, які можуть витрачати на це набагато більше часу. Суперконденсатори мають схожу внутрішню будову із базовими конденсаторами. Обидва типи пристроїв зберігають заряд на металевих пластинах, або електродах. Однак, на відміну від базових конденсаторів, суперконденсатори можуть бути мати різні розміри, форми та конструкції залежно від того, для чого їх використовують. Крім того, електроди суперконденсатора також можуть бути виготовлені з різних матеріалів.

Який пристрій створили вчені?

Щоб створити електрод для суперконденсатора, команда дослідників обробила очищений лігнін загальнодоступним дезінфікуючим засобом, який називається перманганат калію. Потім вчені застосовували високу температури і тиск, щоб ініціювати реакцію окислення, яка призводить до розщеплення перманганату калію та осадження діоксиду марганцю на лігніні. Після цього вони вкрили утвореною сумішшю алюмінієву пластину, утворивши екологічний електрод. Нарешті, дослідники зібрали суперконденсатор, вклавши гелевий електроліт між цим та іншим електродом, виготовленим з алюмінію та активованого вугілля.

Випробувавши прилад, вони виявили, що їхній суперконденсатор має дуже стабільні електрохімічні властивості. Зокрема, питома ємність, або здатність пристрою зберігати електричний заряд, майже не змінилася після тисяч циклів зарядки та розрядки. Крім того, для оптимального співвідношення лігніну та діоксиду марганцю питома ємність у 900 разів більше, ніж для інших суперконденсаторів. До того ж, отримані суперконденсатори легкі та гнучкі.

Таким чином, дослідження виявило новий клас електродів, які будуть корисними для майбутнього розвитку пристроїв накопичення енергії.

Наразі вчені активно працюють над удосконаленням таких пристроїв. Так, ми вже писали про те, як розпад електроліту можна використати, щоб подовжити роботу літій-металевих акумуляторів. Для літій-іонних акумуляторів дослідники також шукають способи збільшення терміну дії. Нещодавно вони розробили для цього спеціальний захисний шар електрохімічних активних молекул.


Оновлено об 11:32: Виправлені некоректні формулювання