Учени представиха технология за съхранение на енергия от следващо поколение

Екип от изследователи, ръководен от д-р Бонг-Чол Ку и д-р Сео-Гюн Ким от Изследователския център за въглеродни композитни материали в Корейския институт за наука и технологии (KIST), в сътрудничество с професор Юандже Пиао от Сеулския национален университет (SNU), разработи високоефективен суперкондензатор, който може да се превърне в следващото поколение технология за съхранение на енергия. Това постижение е насочено към преодоляване на ключовите ограничения на традиционните суперкондензатори, използвайки иновативна влакнеста структура, изработена от едностенни въглеродни нанотръби (CNT) и проводимия полимер полианилин (PANI).

Висока мощност и стабилност без загуба на ефективност

Суперкондензаторите се зареждат много по-бързо и осигуряват по-висока специфична мощност от традиционните батерии, а производителността им остава стабилна дори и след десетки хиляди цикли на зареждане-разреждане. Въпреки това, относително ниската им енергийна плътност ограничава продължителността на автономната работа, което затруднява използването им в транспорт или дронове.

Иновативна структура с CNT‑PANI

За да преодолеят тези ограничения, изследователите химически са свързали едностенните въглеродни нанотръби, известни с високата си електрическа проводимост, с полианилин — евтин и лесен за производство проводим полимер. Чрез комбиниране на тези материали в наномащаб е създадена сложна влакнеста структура, която оптимизира транспорта както на електрони, така и на йони. Резултатът е суперкондензатор, който може да съхранява повече енергия и да я освобождава по-бързо.

Новият суперкондензатор е показал стабилна производителност в продължение на повече от 100 000 цикъла на зареждане-разреждане и поддържа ефективност дори и в среда с високо напрежение. Благодарение на своята издръжливост и ефективност, тази технология може да замени или допълни настоящите батерийни системи. В контекста на електрическите превозни средства това означава бързо зареждане, увеличен пробег и подобрена динамика.

Дроновете и роботите също ще се възползват от по-дългия живот на батерията и повишената надеждност. В допълнение, композитното влакно CNT-PANI е изключително гъвкаво, което позволява навиването или огъването му за използване в електрониката от следващо поколение, като например носими устройства.

Намаляване на разходите и перспективи за масово производство

Друго значително постижение на изследването е намаляването на производствените разходи и откриването на възможности за масово производство. Въпреки изключителните си свойства, едностенните въглеродни нанотръби оставаха недостъпни за пазара поради високата си цена, но учените решиха този проблем, като комбинираха въглеродни нанотръби с евтин полианилин.

Схема на технологичния процес: От образуването на течнокристална фаза на базата на нанотръби до предене в коагулационна вана, втвърдяване на влакното и неговото изтегляне. Полученото влакно има равномерно разпределение на полианилин в цялата структура. Изследователите успяха да създадат и филмоподобни структури, базирани на тази технология, което я доближава още повече до комерсиализация. В бъдеще разработката ще се превърне в ключова технология за прехода към въглеродно неутрална икономика и по-специално в областите на електрическите превозни средства, роботиката, дроновете и носимите устройства.

„Тази технология преодолява недостатъците на суперкондензаторите, като използва въглеродни нанотръби и проводими полимери“ — каза д-р Бонг-Чол Ку от KIST. „Ще продължим да разработваме и внедряваме в индустрията ултрависокопроизводителни влакна на базата на въглеродни нанотръби.“