Новый материал повысит эффективность суперконденсаторов

Ученые из Томского политехнического университета и Университета Лилля (Франция) создали новый материал на основе восстановленного оксида графена для суперконденсаторов – устройств для накопления энергии. Метод модификации восстановленного оксида графена с использованием органических молекул – производных гипервалентного йода – позволил получить материал, который накапливает в 1,7 раза больше энергии. Результаты исследований опубликованы в журнале Electrochimica Acta.

«Несмотря на перспективность, суперконденсаторы еще не так широко распространены. Для дальнейшего развития технологии необходимо повысить эффективность суперконденсаторов. Один из ключевых вызовов здесь – повышение энергоемкости. Сделать это можно, увеличив площадь поверхность материала-накопителя, в данном случае rGO. Мы нашли простой и достаточно быстрый способ. Работали исключительно с органическими молекулами в мягких условиях, не использовали дорогие или токсичные металлы», – говорит руководитель работы Павел Постников.

Суперконденсаторы – электрохимические устройства для накопления и отдачи электрического заряда. Они гораздо быстрее аккумуляторов и не содержат литий. Суперконденсатор представляет собой элемент с двумя электродами, между которыми находится электролит. На электроды наносится материал, накапливающий заряд. Сейчас в основном используются материалы на основе графена. Исследователи Томского политеха и Университета Лилля работали с дешевым и доступным материалом – восстановленным оксидом графена (rGO), который наносится на электроды в виде порошка, в результате чего образовывались сотни наноразмерных слоев вещества.

Слои стремились соединиться, поэтому нужно было увеличить расстояние между ними. Для этого ученые модифицировали rGO органическими молекулами. Незначительные различия в расстоянии между слоями позволили увеличить энергоемкость материала в 1,7 раза. То есть 1 грамм нового материала может накапливать энергию больше в 1,7 раза по сравнению с обычным rGO. Реакция протекала через образование активных аринов из иодониевых солей. Эти соединения интересны ученым благодаря своей особенности создавать лишь один слой новых органических групп на поверхности материалов. Реакция модификации протекает в мягких условиях при простом смешивании раствора иодониевой соли с rGO. По сравнению с другими методами функционализации оксида графена это одни из самых высоких показателей по повышению энергоемкости материала.