Суперконденсаторы занимают особое место в современной энергетике: они способны накапливать и отдавать электрическую энергию быстрее любого традиционного аккумулятора. Но пока они имеют существенные ограничения для использования в транспортной и авиационных отраслях, так как уступают аккумуляторным батареям по общему количеству накопленной энергии.
Специалисты КНИТУ-КАИ решали задачу получения углеродных материалов, которые легко синтезируются, экономичны и могут применяться в крупномасштабном производстве. Для этого казанские исследователи сосредоточились на создании трехмерных электродов на основе углеродсодержащих композитов с повышенной электропроводностью.
«Новое направление в разработке химических источников тока — использование трехмерных электродов, которые изза большей плотности активных веществ могут обеспечить более высокую удельную емкость. Однако разработка высокоемких электродов суперконденсаторов ограничена отсутствием методов получения электродов с высокой плотностью упаковки активных материалов, а также недостатком исследований электропроводности трехмерных электродных материалов», — рассказал один из авторов разработки, доцент кафедры нанотехнологий в электронике КНИТУ-КАИ Михаил Морозов.
В качестве токопроводящего компонента в аккумуляторах и суперконденсаторах активно используют технический углерод (ТУ). Однако он имеет низкую электропроводность. В качестве альтернативы рассматривают токопроводящие материалы с более высокой электропроводностью, такие как графен, восстановленный оксид графена и углеродные нанотрубки. Но из-за высокой стоимости и сложности производства этих материалов их массовый выпуск недоступен.
Казанские ученые предложили неожиданное и элегантное решение — разработали простой и экономичный способ синтеза пенографита без сложного оборудования и дорогостоящих технологических установок. Окисленный терморасширяющийся графит помещают в керамический стакан, обложенный минеральной ватой, и обрабатывают электромагнитным излучением мощностью 1000 Вт в течение одной минуты. В результате графит трансформируется в пенографит — материал со сложной трехмерной слоистой структурой.