• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Ученые предложили способ увеличения заряда суперконденсаторов

Ученые предложили способ увеличения заряда суперконденсаторов

© iStock

Ученые МИЭМ ВШЭ и Института неклассической химии в Лейпциге предложили новую теоретическую модель суперконденсаторов. Она впервые учитывает свойства катиона, которые существенно влияют на электрическую емкость суперконденсатора. Это первая подобная работа в области электрохимии. По мнению авторов, модель должна позволить инженерам в будущем создавать более мощные источники энергии. Результаты работы опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ. 

Суперконденсаторы — это устройства, накапливающие энергию в  двойном электрическом слое на поверхности электрода (так, например, работают электроды платины, золота, углерода). Суперконденсатор, или ионистор, — это некий гибрид конденсатора и аккумулятора, и по сравнению с ними у него есть ряд преимуществ.  Он отличается, во-первых, высокой скоростью накопления электроэнергии и, во-вторых, большей электрической емкостью. По величине удельной емкости на единицу массы суперконденсаторы значительно превосходят обычные при гораздо меньших электрических напряжениях. 

Емкость — главная характеристика, которая показывает, как много двойной электрический слой может накопить электрической энергии.

Эффективное расстояние между обкладками суперконденсатора, которыми служат металлический электрод и слой ионов, в двойном электрическом слое составляет всего несколько нанометров. Поэтому даже при малых приложенных напряжениях суперконденсатор может накопить огромную электрическую энергию.

Авторы статьи провели анализ и определили, как свойства катиона (положительно заряженного иона) ионной жидкости влияют на величину электрической емкости суперконденсатора. 

Существующие теоретические модели описывают ионы в суперконденсаторах как бесструктурные заряженные частицы, не конкретизируя, чем один ион отличается от другого. Но для ионных жидкостей важны не только электрический заряд и размер каждого иона, но и такие характеристики, как дипольный момент катиона и электронная поляризуемость. 

Дипольный момент — произведение величины зарядов диполя на расстояние между ними (длина диполя).

Электронная поляризуемость — величина, определяющая способность частицы приобретать наведенный дипольный момент во внешнем электрическом поле.

Ученые проанализировали, как ведет себя дифференциальная емкость в зависимости от напряжения при увеличении постоянного дипольного момента и статической поляризуемости катионов для ионных жидкостей и их разбавленных растворов.  

Увеличение поляризуемости катиона ионной жидкости приводит к росту дифференциальной электрической емкости суперконденсатора

В обоих случаях увеличение поляризуемости или постоянного дипольного момента катионов приводит к значительному увеличению дифференциальной емкости при отрицательных напряжениях. Такое поведение дифференциальной емкости авторы объяснили дополнительным притяжением катиона, обладающего постоянным или наведенным дипольным моментом, к электроду в неоднородном электрическом поле.

«Мы показали очень важную вещь, — объясняет профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Юрий Будков. — Емкость — а это главная характеристика, которая показывает, как много двойной электрический слой может накопить энергии, — чувствительна к изменению дипольного момента и поляризуемости органического катиона. Это дает возможность экспериментатору — инженеру-электрохимику, если он хочет достичь больших емкостей, заранее выбрать такую ионную жидкость, катион которой обладает большим дипольным моментом или поляризуемостью».

Юрий Будков

Ученые отмечают, что их работа фундаментальная и в будущем позволит инженерам-экспериментаторам делать более точные расчеты при проектировании суперконденсаторов. Суперконденсаторы используют в качестве источников питания в разных отраслях промышленности — от жилищного хозяйства до альтернативных источников энергии, а также в электронных и мобильных устройствах, в цифровой аппаратуре. Там они выполняют роль автономного или резервного источника питания для микроконтроллеров, микросхем памяти и электронных часов.

«Мы планируем разрабатывать программное обеспечение, которое позволит спрогнозировать емкостные свойства различных ионных жидкостей и растворов электролитов на конкретных электродах — углерод, золото, платина. Также программное обеспечение будет учитывать эффект, связанный с диэлектрическими свойствами ионов», — подчеркнул профессор Будков. 

Вам также может быть интересно:

Отборочный этап студенческой олимпиады «Я — профессионал» собрал более 104 тысяч участников

За 17 дней более 104 тысяч участников из разных регионов России попробовали свои силы в состязаниях отборочного онлайн-этапа пятого сезона олимпиады«Я — профессионал» — одного из флагманских проектов президентской платформы«Россия — страна возможностей». Олимпиада реализуется при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.

НИУ ВШЭ подвел итоги участия в программе Года науки и технологий в России

Уходящий 2021 год был объявлен в России Годом науки и технологий. Новостная служба портала рассказывает, какие мероприятия проводила Высшая школа экономики под эгидой Года науки, о достижениях университета, а также о том, как Вышка помогает популяризации отечественной науки.

Исследование ВШЭ: реабилитацию детей с артрогрипозом может облегчить стимуляция мозга

Совместно с НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Турнера исследователи НИУ ВШЭ изучили, как мозг детей с артрогрипозом после пересадки мышц контролирует сгибание локтя. Оказалось, что у таких пациентов вовлекается больше моторных нейронов, то есть начало нового движения требует от мозга больше усилий.

«Задачи Высшей школы экономики вращаются вокруг слова “человек”»

В Парке науки и искусства «Сириус» завершился Конгресс молодых ученых — одно из ключевых мероприятий Года науки и технологий. В работе конгресса приняла участие делегация Высшей школы экономики. Как это было — в репортаже новостной службы портала.

«Мы должны объяснить, как работать с собой и заниматься саморазвитием»

Задача современных университетов — дать молодым людям те навыки и компетенции, которые помогут им встроиться в экономику сегодняшнего и завтрашнего дня, выбрать свою жизненную траекторию. При этом студенты становятся одними из основных заказчиков для программ образования. Об этом шла речь на форуме «Наука и университеты», который стартовал 12 декабря в нижегородской Вышке.

В Сочи стартовал Конгресс молодых ученых, в работе которого принимают участие представители ВШЭ

В образовательном центре «Сириус» в Сочи начал работу Конгресс молодых ученых. Это итоговое мероприятие Года науки и технологий, который проходит сейчас в России. В рамках конгресса пройдут также мероприятия VII Ежегодной национальной выставки ВУЗПРОМЭКСПО. Вышка представлена в Сочи большой группой ученых и экспертов.

В НИУ ВШЭ разработали первый стандартизированный тест на русском языке для оценки нарушений при афазии

Ученые Центра языка и мозга НИУ ВШЭ создали и протестировали Русский афазиологический тест — новую методику диагностики языковых нарушений у пациентов с афазией. Этот тест станет первым в России стандартизированным инструментом в этой области. Статья “The Russian Aphasia Test: The first comprehensive, quantitative, standardized, and computerized aphasia language battery in Russian” вышла в журнале PLOS ONE.

Вышка примет участие в создании Супер С-тау фабрики

18 ноября в Новосибирске десять университетов и институтов объявили о создании партнерства по строительству электрон-позитронного коллайдера для исследования очарованных частиц и тау-лептонов. Новый эксперимент запланирован в рамках Супер С-тау фабрики. В десятку основателей вошли две международные и восемь российских команд, включая Высшую школу экономики.

Модель, описывающая отношения хищников и их жертв, стала основой для прогноза распространения COVID-19

Исследователи факультета экономических наук НИУ ВШЭ предложили математическую модель, описывающую течение пандемии COVID-19 с учетом ограничительных мер, принимаемых в разных странах. Она поможет правительствам принимать взвешенные и своевременные решения о введении или отмене ограничений. Работа опубликована в журнале Eurasian Economic Review.

С возрастом мозгу требуется больше усилий для координации движений руками

Группа ученых с участием ведущего научного сотрудника Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Вадима Никулина обнаружила, что падение с возрастом способности к противофазным билатеральным движениям связано с изменением альфа- и бета-активности мозга.