Розробка новітніх технологій зберігання енергії з високою потужністю та ємністю. Команда дослідників під керівництвом доктора Бон-Чоль Ку та доктора Со Ґюн Кіма з Центру досліджень вуглецевих композиційних матеріалів Корейського інституту науки і технологій (KIST), у співпраці з професором Юаньчже Пяо з Сеульського національного університету (SNU), розробила високопродуктивний суперконденсатор, який може стати технологією зберігання енергії наступного покоління. Це досягнення вирішує ключові обмеження традиційних суперконденсаторів завдяки використанню інноваційної волокнистої структури, створеної з одностінних вуглецевих нанотрубок (CNT) та провідного полімеру поліаніліну (PANI).
Висока потужність і стабільність без втрати ефективності
Суперконденсатори заряджаються значно швидше та забезпечують вищу питому потужність, ніж традиційні акумулятори, а їх продуктивність залишається стабільною навіть після десятків тисяч циклів заряду-розряду. Водночас їхня відносно низька енергоємність обмежує тривалість автономної роботи, що ускладнює використання у транспорті чи дронах.
Інноваційна структура з CNT‑PANI
Для подолання цих обмежень дослідники хімічно з’єднали одностінні вуглецеві нанотрубки, відомі своєю високою електропровідністю, з поліаніліном — недорогим, легким у виробництві провідним полімером. Комбінуючи ці матеріали на нанорівні, вони створили складну волокнисту структуру, яка оптимізує транспорт як електронів, так і іонів. У результаті суперконденсатор здатен накопичувати більше енергії й швидше її віддавати.
Новий суперконденсатор показав стабільну роботу протягом понад 100 000 циклів заряду-розряду і зберігає ефективність навіть у середовищах з підвищеною напругою. Завдяки своїй довговічності та ефективності ця технологія може замінити або доповнити сучасні акумуляторні системи. У контексті електромобілів це означає швидке заряджання, збільшення дальності ходу та покращення динаміки.
Дрони та роботи також отримають переваги у вигляді тривалішої автономної роботи та підвищеної надійності. Крім того, композитне волокно CNT-PANI є дуже гнучким, що дозволяє згортати його або згинати для використання в електроніці наступного покоління — наприклад, у носимих пристроях.
Зниження вартості та перспективи масового виробництва
Ще одним значним досягненням дослідження стало зниження вартості виготовлення й відкриття можливостей для масового виробництва. Попри свої видатні властивості, одностінні вуглецеві нанотрубки залишались комерційно недоступними через високу вартість, але вчені вирішили цю проблему, поєднавши CNT із недорогим поліаніліном.
Схема технологічного процесу: Від утворення рідкокристалічної фази на основі нанотрубок — до прядіння у коагуляційну ванну, затвердіння волокна та його витягування. Отримане волокно має рівномірний розподіл поліаніліну по всій структурі. Дослідникам також вдалося створити плівкоподібні структури на основі цієї технології, що ще більше наближає її до комерціалізації. У майбутньому розробка стане ключовою технологією для переходу до вуглецево-нейтральної економіки, зокрема у сферах електромобілів, робототехніки, дронів та носимих ґаджетів.
«Ця технологія долає недоліки суперконденсаторів завдяки використанню вуглецевих нанотрубок і провідних полімерів», — зазначив д-р Бон-Чоль Ку з KIST. «Ми продовжимо розвивати та впроваджувати надвисокопродуктивні вуглецеві волокна на основі нанотрубок у промисловість».