В качестве электродного материала для суперконденсаторов выступает диоксид марганца (MnO2). Диоксид марганца уже широко используется в энергетике благодаря высокой доступности материала, экологичности, высокому удельному весу. Однако сейчас учёные России и Китая работают над улучшением его свойств.
Нами была предложена стратегия введения кислородных вакансий для регулирования координационного окружения атомов металла и облегчения процесса переноса ионов. Методом электроосаждения и химического восстановления мы синтезировали электрод из оксидов марганца с управлением числом кислородных вакансий. Координационное окружение атомов Mn в MnO2 было надлежащим образом оптимизировано за счёт образования кислородных вакансий, что значительно улучшило физико-химические свойства поверхности и адсорбцию ионов электролита для улучшения емкостных характеристик.
В процессе работы суперконденсатор постоянно заряжается-разряжается (циклически). Нужно, чтобы его ёмкость с увеличением числа таких циклов не изменялась (была стабильной). Каждый цикл «заряд-разряд» связан с окислительно-восстановительными процессами. Чем больше вакансий, тем большее число ионов участвует в окислительно-восстановительных процессах на электроде и тем больше накапливается заряд. В рамках исследования был собран ассиметричный суперконденсатор с использованием электрода на базе MnO2.
Новый суперконденсатор был протестирован на 65 тысячах циклов заряда-разряда. В результате ёмкость устройства была сохранена практически на 87%. Итоги научной работы были опубликованы в международном журнале Energy & Environmental Science (импакт-фактор 32,4).
Теперь в Новосибирске планируют создание устройств с ещё более высокими характеристиками совместно с китайскими партнёрами, и подачу заявки на новый научный проект. Практическое применение этих суперконденсаторов достаточно широкое. Одна из ключевых сфер их использования в России — электрокары и муниципальный городской электротранспорт.
Читать материалы по теме:
Россия запустит более 150 производств в химической отрасли до 2030 года
Заработал первый российский высокоточный сверхпроводниковый квантовый процессор
В России придумали, как уничтожать борщевик без загрязнения почвы
В Москве начнут производить новые промышленные роботы с ИИ
Крупнейшее месторождение лития в России готовится к разработке
