В отличие от обычных литий-ионных накопителей, суперконденсаторы могут запасать и высвобождать электроэнергию почти мгновенно, при этом для них характерны низкий износ и устойчивость к высоким температурам. Благодаря этому суперконденсаторы широко применяются в качестве дополнения к электрохимическим накопителям, продлевая их срок службы. Основной сферой применения остается транспорт: например, в гибридных автомобилях и электрокарах суперконденсаторы могут подключаться при старте и торможении.
Ученые Сколтеха попытались выяснить, как на свойства суперконденсаторов влияет внесение изменений в углеродный материал, из которого сделаны их электроды. «По большому счету, есть два способа повысить количество запасаемой в суперконденсаторе энергии. Можно увеличить эффективную площадь поверхности электродов за счет структурирования поверхности. Или внедрить атомы другого элемента в углеродный материал электродов», – цитирует Сколтех одного из участников исследования Станислава Евлашина.
В ходе исследования авторы подвергали углеродные наностенки – основной материал для электродов суперконденсаторов – воздействию плазмы различных составов. Наиболее эффективной оказалась обработка смесью азота и аргона (инертного газа): поверхностная емкость суперконденсаторов удвоилась, что, в том числе, пролило свет на электрохимию процесса.
«Мы обнаружили, что сначала происходит удаление аморфного углерода, который остается после роста структур, с поверхности углеродных наностенок, после чего происходит создание новых дефектов и встраивание гетероатомов в структуру углеродного материала. Аморфный углерод, также как и гетероатомы азота, вносит свой вклад в формирование псевдоемкости», – приводит Сколтех слова Евлашина.
