Современные потребительские технологии в основном основаны на батареях для удовлетворения потребностей в энергии. Обычные аккумуляторы используют химические реакции для накопления энергии, обеспечивая ее высокую плотность, что позволяет обеспечивать длительное время работы наших устройств. Однако существующие накопители энергии медленно заряжаются и выходят из строя всего после нескольких тысяч циклов использования.

В отличие от этого, суперконденсаторы используют электрическое разделение зарядов для накопления энергии. Они могут заряжаться практически мгновенно и выдерживать большее количество циклов без ухудшения качества. Однако современные технологии еще не решили проблему низкой плотности энергии, из-за чего накопленной энергии недостаточно для питания устройств в течение длительного времени.

В этих условиях ученые из Корейского института науки и технологий (KIST) создали   новый суперконденсатор, который решает такие проблемы.

Их новый суперконденсатор, как заявляется, может помочь преодолеть проблемы с плотностью энергии, которые препятствовали их широкому внедрению, в частности, в носимых устройствах и электромобилях. “Эта технология устраняет недостатки суперконденсаторов за счет использования одностенных углеродных нанотрубок и проводящих полимеров. Мы продолжим разработку и промышленное внедрение углеродных волокон со сверхвысокими характеристиками на основе углеродных нанотрубок (УНТ)”, - сказал соавтор исследования доктор Бон-Чол Ку из KIST в пресс-релизе Корейского института науки и технологий.

Как сообщают корейские исследователи, их суперконденсаторы состоят из двух проводящих пластин, разделенных раствором электролита. При подключении к источнику питания ионы электролита разделяются, накапливая положительные ионы на одной пластине. Напротив, отрицательные ионы собираются на другой. Энергия удерживается в виде электрического поля, созданного между двумя пластинами. Разделение ионов происходит практически мгновенно, что дает суперконденсаторам возможность быстро заряжаться и разряжаться.  Поскольку в этом процессе не участвуют химические реакции, такие суперконденсаторы отличаются исключительной долговечностью.

Однако, поскольку энергия накапливается в ионах, они не могут удерживать значительное количество энергии на единицу объема или веса. Исследователи из KIST преодолели эту проблему, создав композитный материал, сочетающий одностенные УНТ с проводящим полимером полианилином (PANI). Такие УНТ обладают высокой проводимостью и обеспечивают надежную структурную основу устройства. Молекулы PANI действуют как крошечные энергетические ячейки, химически связанные с УНТ по всей структуре суперконденсатора. 

Исследователи Корейского института науки и технологий обнаружили, что их суперконденсатор сохраняет стабильность работы после более чем 100 000 циклов зарядки-разрядки. Кроме того, суперконденсатор продемонстрировал высокую долговечность в условиях высокого напряжения.

 Композитное волокно также продемонстрировало высокую механическую гибкость, подтвердив, что его формой можно управлять, в том числе в результате скручивания и сгибания.

Исследователи Корейского института науки и технологий указывают, что они доказали коммерческую выгоду, разработав пленкообразные структуры на основе этой технологии, снизив производственные затраты и упростив производственный процесс.

Результаты исследования Корейского института науки и технологий опубликованы в журнале Science Direct.