Создан нанокомпозит, утраивающий емкость энергонакопителей

Исследователи из России разработали новый композитный материал, позволяющий утроить количество электричества, запасаемого внутри полимерных концентраторов энергии. Это открытие позволит создать энергонакопительные системы, не уступающие по эффективности ушедшим с рынка зарубежным аналогам, сообщила пресс-служба Российского научного фонда. Исследования поддержаны грантом РНФ. Результаты опубликованы в журнале Nanomaterials.

«Увеличение диэлектрической проницаемости при помощи нашего материала позволяет не только накапливать больше энергии, но и повысить отклик материала на воздействие внешнего электрического поля. Это важно для устройств, применяемых в космической и авиационной промышленности, в здравоохранении и бытовой электронике. Потенциал улучшенных устройств хранения энергии и датчиков огромен», - заявил старший научный сотрудник Саратовского государственного технического университета (СГТУ) Николай Горшков.

Горшков и его коллеги выяснили, что способность подобных полимерных материалов запасать энергию можно в несколько раз увеличить, если внедрить в их толщу частицы, состоящие из так называемых максенов. Так ученые называют особый тип двумерных или многослойных наноматериалов, чьи плоские слои состоят из множества соединенных друг с другом атомов металлов, углерода и одного из элементов с сильными окисляющими свойствами.

Фотографии наночастиц MXene, полученные методом сканирующей электронной микроскопии: вверху — исходные, внизу — «растянутые» за счет интеркалирующих добавок. Источник: Tsyganov et al. / Nanomaterials, 2023 

Ученые встроили частицы из максенов в полимер PVDF, который сейчас широко применяется при производстве литий-ионных батарей, суперконденсаторов и прочих систем запасания энергии. В ходе этих опытов исследователи встраивали как чистые частицы максенов в полимерный наполнитель, так и их «растянутые» версии, между слоями которых были встроены молекулы диметилсульфоксида, популярного в химической отрасли растворителя.

Его добавление внутрь максенов, как обнаружили ученые, позволило более равномерно распределить слои этих двухмерных материалов по толще полимерного материала, что значительным образом улучшило его способность запасать в себе энергию. В этом отношении полимер с включениями «растянутых» максенов примерно втрое превосходит уже существующие наполнители. По прогнозам ученых, подобные композиты войдут в состав устройств накопления и преобразования энергии в ближайшие пять лет.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ