Создан нанокомпозит, утраивающий емкость энергонакопителей

Ученые СГТУ имени Гагарина Ю.А. разработали новый композитный материал, позволяющий утроить количество электричества, запасаемого внутри полимерных концентраторов. Это открытие позволит создать энергонакопительные системы, не уступающие по эффективности ушедшим с рынка зарубежным аналогам.

«Увеличение диэлектрической проницаемости при помощи нашего материала позволяет не только накапливать больше энергии, но и повысить отклик материала на воздействие внешнего электрического поля. Это важно для устройств, применяемых в космической и авиационной промышленности, в здравоохранении и бытовой электронике. Потенциал улучшенных устройств хранения энергии и датчиков огромен», – прокомментировал к.т.н., доцент, старший научный сотрудник кафедры «Химия и химическая технология материалов» Физико-технического института СГТУ Николай Горшков.

Энергия, запасаемая конденсаторами и другими системами накопления электрической энергии, напрямую зависит от значений диэлектрической проницаемости материала, который они используют в своей работе. Как правило, они представляют собой полимерные материалы, в объем которых внедрены наполнители, способные проводить ток.

Ученые выяснили, что способность подобных полимерных материалов запасать энергию можно в несколько раз увеличить, если внедрить в их толщу частицы, состоящие из максенов. Это особый тип двумерных или многослойных наноматериалов, чьи плоские слои состоят из множества соединенных друг с другом атомов металлов, углерода и одного из элементов с сильными окисляющими свойствами.

Николай Горшков с коллегами Политеха встроили частицы из максенов в полимер PVDF, который сейчас широко применяется при производстве литий-ионных батарей, суперконденсаторов и прочих систем запасания энергии. В ходе этих опытов исследователи встраивали как чистые частицы максенов в полимерный наполнитель, так и их «растянутые» версии, между слоями которых были встроены молекулы диметилсульфоксида, популярного в химической отрасли растворителя.

Его добавление внутрь максенов, как обнаружили ученые, позволило более равномерно распределить слои этих двухмерных материалов по толще полимерного материала, что значительным образом улучшило его способность запасать в себе энергию. В этом отношении полимер с включениями «растянутых» максенов примерно втрое превосходит уже существующие наполнители. По прогнозам ученых, подобные композиты войдут в состав устройств накопления и преобразования энергии в ближайшие пять лет.

Проект реализуется на средства гранта Российского научного фонда.

Источник и фото: Пресс-служба СГТУ им. Гагарина Ю.А.