Прототип выдержал 750 тысяч циклов.
Ученые Satbayev University испытали гибридный суперконденсатор на новых наноматериалах и получили результат, который позволяет перейти к более масштабной проверке технологии для энергетики и электротранспорта, передает DKNews.kz.
Разработку ведет лаборатория «Материаловедение и электрохимическая инженерия» Satbayev University. Команда исследует материалы для накопления энергии, в том числе электрохимически восстановленный оксид графена, углеродные материалы и композиты для электродов.
750 тысяч циклов без потери стабильности
Главный результат ученые получили на прототипе гибридного суперконденсатора формата pouch-cell.
Положительный электрод такого устройства накапливает энергию за счет окислительно-восстановительной реакции йодид/йод. Отрицательный работает за счет формирования двойного электрического слоя.
Во время испытаний прототип показал удельную энергию 51 Вт·ч/кг при мощности 1 кВт/кг и выдержал более 750 тысяч циклов заряда и разряда, сохранив стабильность работы.
Для проекта принципиален именно ресурс устройства. Накопители энергии должны многократно проходить циклы зарядки и разрядки, поэтому долговечность материала напрямую влияет на перспективы его дальнейшего применения.
«Полученные результаты открывают возможности для дальнейшего повышения эффективности накопителей энергии. Сейчас для нас важно перейти к более масштабным испытаниям и оценить работу материалов в условиях, приближенных к практическому применению», — отметила руководитель проекта, PhD Жазира Супиева.
Электроды делают из рисовой шелухи и свекловичного жома
Одна из особенностей разработки связана с сырьем. Исследователи создают углеродные материалы из доступных в Казахстане растительных отходов — рисовой шелухи и свекловичного жома.
Полученные материалы имеют удельную поверхность до 3000 м² на грамм.
Чем больше площадь поверхности электрода, тем больше зона его взаимодействия с электролитом. Для накопителя это один из факторов, влияющих на способность материала накапливать заряд.
Исследования углеродных электродных материалов на основе рисовой шелухи входят и в опубликованные работы команды. На официальной странице научного проекта Satbayev University среди результатов указаны исследования активированного углерода из рисовой шелухи для суперконденсаторов.
Графеновые композиты показали более высокую емкость
Второе направление команды — электрохимически восстановленный оксид графена и композиты на его основе.
Первые эксперименты показали, что эти материалы обладают более высокой удельной емкостью по сравнению с традиционным активированным углем.
Проект Satbayev University предусматривает исследования нанокомпозитов на основе восстановленного оксида графена как для электрохимических систем, так и для функциональных покрытий. Научным руководителем программы указана PhD, ассоциированный профессор Жазира Супиева.
Материалы нагревают до 3600°C за миллисекунды
Для синтеза и модификации материалов ученые используют систему сверхбыстрого джоулевого нагрева.
Она способна за миллисекунды создавать температуру от 500 до 3600°C. Такой режим применяется для получения графена и сплавов, быстрого пиролиза и изменения структуры материалов в контролируемой атмосфере.
После синтеза будущие электроды проходят несколько уровней проверки.
На первом этапе используются Swagelok-ячейки и потенциостат BioLogic для оценки электрохимических характеристик. Площадь поверхности материалов измеряют на сорбтометре Anton Paar.
Далее команда планирует испытания в coin- и pouch-ячейках на батарейном тестере Neware. Исследователям предстоит проверить емкость, мощность и стабильность материалов при продолжительной работе.
Одну разработку проверяют сразу для энергетики и защиты металла
Исследование не ограничивается накопителями энергии.
Созданные композиты ученые нанесли на нержавеющую сталь в качестве функциональных покрытий. Испытания показали устойчивость материалов к коррозии.
Разработка электрохимически восстановленного оксида графена для коррозионностойких покрытий также входит в официально заявленные направления проекта Satbayev University.
Это расширяет потенциальное применение технологии: один класс материалов исследуют одновременно для электродов и для защиты металлических поверхностей.
Следующая проверка покажет, насколько технология готова к практике
В проекте участвуют магистранты и докторанты Satbayev University, а исследования ведутся совместно с партнерами из Австрии и Польши.
Ученые рассматривают новые наноматериалы для суперконденсаторов, аккумуляторных систем, электротранспорта и накопителей энергии для солнечных и ветровых электростанций.
Однако текущий результат получен на прототипе. Следующим этапом станет масштабирование испытаний и проверка характеристик в условиях, более близких к практическому применению.
Ранее мы писали о другой разработке Satbayev University для накопителей энергии: ученые исследовали двумерные MXene-материалы и способы повышения эффективности систем хранения электричества.
