Страхотен пробив: учени разкриха мистерията на по-бързо зареждащите се суперкондензатори с помощта на йони

Моделът, прогнозиращ движението на йоните в сложни мрежи от нанопори, се очаква да направи революция в технологиите за съхранение на енергия.

Изследователи, ръководени от Анкур Гупта от Университета на Колорадо в Боулдър, са открили как малките заредени частици, известни на всички като йони, се движат в сложната мрежа от миниатюрни пори. Това откритие, описано от Гупта, доцент по химично и биологично инженерство, може да проправи пътя за разработването на по-ефективни устройства за съхранение на енергия, като например съвсем нов вид суперкондензатори.

„Като се има предвид решаващата роля на енергията за бъдещето на планетата, се почувствах вдъхновен да приложа знанията си по химично инженерство за усъвършенстване на устройствата за съхранение на енергия. Струваше ми се, че темата е донякъде недостатъчно проучена и като такава е идеалната причина“,

обясни Гупта.

Въпреки че за анализа на потока в порести материали, като например петролни резервоари и системи за филтриране на вода, се използват различни техники на химическото инженерство, тяхното приложение в някои системи за съхранение на енергия остава недостатъчно проучено.

Изследването използва компютърен модел за прогнозиране на преноса на електролити в сложни мрежи от тънки пори. Фреймуъркът ускорява цифровите изчисления с шест порядъка, без да прави компромис с точността.

Именно този модел се използва за изследване на влиянието на връзките и разпределението на размерите на порите върху времевата скала на зареждане на електрическите двойни слоеве и за прогнозиране на връзките структура-свойства.

Откритието е важно не само за съхраняването на енергията в транспортните средства и електронните устройства, но и за енергийните мрежи. В подобни мрежи, където търсенето на енергия силно се променя, е необходимо ефективно съхранение, за да се предотврати разхищението по време на ниското търсене и да се осигури бързо снабдяване по време на високото търсене.

Изследването оспорва закона на Кирхоф – дългогодишен принцип, който управлява потока на тока в електрическите вериги. За разлика от електроните, йоните се движат чрез комбинация от електрически полета и дифузия. Изследователите откриват, че движението им в пресечните точки на порите се отклонява от закона на Кирхоф.

„Това е голям пробив. Нив най-после открихме какво е липсвало при суперкондензаторите“ – каза още Гупта.