Созданы гибкие натриево-ионные конденсаторы

За последние четыре года в научном мире было сделано много открытий, которые зародили надежду на создание аккумуляторных батарей на основе натрия. В отличие от лития, натрия намного больше на Земле и он более безопасен при добыче, переработке и эксплуатации. Например, весной этого года в Германии Федеральное министерство образования и научных исследований страны (BMBF) впервые выделило деньги на масштабные разработки по созданию экологически чистых и недорогих натриево-ионных аккумуляторов. Китайцы тоже не отстают. На днях сводная группа учёных их Китая в статье в журнале Advanced Science сообщила об успешной разработке натриево-ионных микроконденсаторов с поразительными характеристиками.

Разработка ― планарные натриево-ионные микроконденсаторы (NIMC) ― отличается высокой удельной плотностью запасаемой энергии, превосходной термостабильностью и механической гибкостью. Такое сочетание характеристик позволяет надеяться на использование микроконденсаторов в качестве автономных источников питания маломощной микроэлектроники, датчиков, микророботов и отдельных микросхем. Но довести конденсаторы NIMC до коммерческого производства мешало отсутствие как разумной конструкции электродов, так и экономически оправданной технологии производства. Возможно, в этом поможет созданный китайскими учёными прототип, доказавший в эксперименте свою перспективность.

Разработка создана двумя исследовательскими группами: одной из Даляньского института химической физики (DICP), а второй из Китайской академии наук (CAS). Прототип представляет собой встречно-стержневую конструкцию электродов на гибкой подложке, в которой анод выполнен из «игольчатого» титаната натрия, а катод сделан из нанопористого активированного графена.

В качестве наполнителя (электролита) между электродами был введён «высоковольтный ионогелевый электролит». В результате у исследователей получилась батарея с напряжением 3,5 В с впечатляющей объёмной плотностью энергии 37,1 мВт·ч в объёме см^-3. Скорость саморазряда также оказалась фантастически низкой для большинства зарегистрированных гибридных микроконденсаторов: от 3,5 В до 0,6 В прошло 44 часа.

Более того, тонкая доводка слоя графена на поверхности катода позволила снизить сопротивление переносу заряда, что обеспечило лучшую транспортировку ионов и, как результат, обеспечило дальнейший рост плотности запасаемой в батарее энергии. Электролит и батарея оставались стабильны при работе в температурном окружении до 80 градусов Цельсия, а многократные сгибы не оказали влияние на ёмкость и другие характеристики микроконденсатора. Учёные уверены, в их разработке заложен огромный потенциал для микроэлектроники, который ещё предстоит раскрыть.