Ученые Сколковского института науки и технологий доказали, что обработка углеродных электродов смесью азота и аргона вдвое увеличивает поверхностную емкость суперконденсаторов. Эти накопители высокой эффективности используются в электрическом транспорте.
В отличие от обычных литий-ионных накопителей, суперконденсаторы могут запасать и высвобождать электроэнергию почти мгновенно. Для них характерны низкий износ и устойчивость к высоким температурам. Благодаря этому суперконденсаторы широко применяются в качестве дополнения к электрохимическим накопителям, продлевая их срок службы. Основной сферой применения остается транспорт. Например, в гибридных автомобилях и электрокарах суперконденсаторы могут подключаться при старте и торможении.
Ученые Сколковского института науки и технологий попытались выяснить, как на свойства суперконденсаторов влияет внесение изменений в углеродный материал, из которого сделаны их электроды. Есть два способа повысить количество запасаемой в суперконденсаторе энергии. Можно увеличить эффективную площадь поверхности электродов за счет структурирования поверхности или внедрить атомы другого элемента в углеродный материал электродов.
В ходе исследования углеродные наностенки, выступающие основным материалом для электродов суперконденсаторов, подвергались воздействию плазмы различных составов. Наиболее эффективной оказалась обработка смесью азота и аргона. Поверхностная емкость суперконденсаторов удвоилась, что пролило свет на электрохимию процесса.
Ученые обнаружили, что сначала происходит удаление аморфного углерода, который остается после роста структур, с поверхности углеродных наностенок, после чего происходит создание новых дефектов и встраивание атомов в структуру углеродного материала. Аморфный углерод вносит свой вклад в формирование псевдоемкости.
