Высокотемпературные «глиняные» суперконденсаторы

Недавно университет Райса опубликовал данные, которые должны в корне перевернуть точную и хрупкую электронику, использующуюся в сверхтяжелых условиях. Речь идет о конденсаторах, сфера применений которых выходит за рамки «домашней» техники — это оборудование для бурения скважин, авиации, космонавтики и военных прототипов. Революционным и до неимоверности простым компонентом новинки стала глина — очень распространенный и дешевый природный материал.

Ученым была поставлена задача создать конденсатор, который сможет стабильно работать при температурах свыше 220°C, и быть стабильным при резких изменениях окружающей среды. Основной проблемой стал подбор правильной комбинации материалов для сепаратора и электролита.

Повсеместно используемые органические электролиты на водной основе отпали сразу, так как не пригодны для использования при высоких температурах. Основой, ученые выбрали RTIL (Room-temperature ionic liquid) — это ионная жидкость, которая изобретена не так давно, имеет ряд преимуществ перед традиционными электролитическими наполнителями, а именно: отсутствие паров, большую стабильность при высоких температурах, долговечность. Подобная проблема сложилась и с подбором сепаратора. Полимеры, стекловолокно, бумага, асбест, употребляемые в производстве, дают усадку уже при 140°C, что приводит к короткому замыканию внутри конденсатора.

Решением проблемы стало использование технологии производства комбинированного электролита-сепаратора на основе RTIL и природной глины — бентонита. Электроды в супер конденсаторе применили из графена. В итоге получился продукт, который в ходе испытаний работал даже при 300°С. Но при этом наблюдалось значительное снижение емкости, по этому ученые выявили нормальную рабочую температуру в районе от комнатной и до 220°С.

Протестированные первые образцы не меняли и сохраняли свои свойства на протяжении 20 000 циклов заряда/разряда. Исследование при помощи электронного микроскопа доказало отсутствие какого либо изменение в используемых материалах.

В последствии дальнейших усовершенствований суперконденсаторов, ученые применили термопластичный полиуретан, дабы формировать готовые листы материала, для дешевого и практичного промышленного производства. Так что, в ближайшее время данные электрические элементы найдут применение не только в тяжелой и сложной промышленности, а и в компьютерной технике, заменив, по нынешним меркам, устаревшую технологию твердотельных и гелевых конденсаторов, тем самым удешевив производство и надежность материнских плат.