© istock
Вчені міем вше та інституту некласичної хімії в лейпцигу запропонували нову теоретичну модель суперконденсаторів. Вона вперше враховує властивості катіона, які істотно впливають на електричну ємність суперконденсатора. Це перша подібна робота в області електрохімії. На думку авторів, модель повинна дозволити інженерам в майбутньому створювати більш потужні джерела енергії. Результати роботи опубліковані в журналі the journal of physical chemistry c. Дослідження виконано в рамках гранту рнф.
Суперконденсатори-це пристрої, що накопичують енергію в подвійному електричному шарі на поверхні електрода (так, наприклад, працюють електроди платини, золота, вуглецю). Суперконденсатор, або іоністор, — це якийсь гібрид конденсатора і акумулятора, і в порівнянні з ними у нього є ряд переваг. Він відрізняється, по-перше, високою швидкістю накопичення електроенергії і, по-друге, більшою електричною ємністю. За величиною питомої ємності на одиницю маси суперконденсатори значно перевершують звичайні при набагато менших електричних напругах.
Ємність-головна характеристика, яка показує, як багато подвійний електричний шар може накопичити електричної енергії.
Ефективна відстань між обкладинками суперконденсатора, якими служать металевий електрод і шар іонів, в подвійному електричному шарі становить всього кілька нанометрів. Тому навіть при малих прикладених напругах суперконденсатор може накопичити величезну електричну енергію.
Автори статті провели аналіз і визначили, як властивості катіона (позитивно зарядженого іона) іонної рідини впливають на величину електричної ємності суперконденсатора.
Існуючі теоретичні моделі описують іони в суперконденсаторах як безструктурні заряджені частинки, не конкретизуючи, чим один іон відрізняється від іншого. Але для іонних рідин важливі не тільки електричний заряд і розмір кожного іона, але і такі характеристики, як дипольний момент катіона і електронна поляризуемость.
Дипольний момент — добуток величини зарядів диполя на відстань між ними (довжина диполя).
Електронна поляризуемость-величина, що визначає здатність частинки набувати наведений дипольний момент в зовнішньому електричному полі.
Вчені проаналізували, як поводиться диференціальна ємність в залежності від напруги при збільшенні постійного дипольного моменту і статичної поляризуемости катіонів для іонних рідин і їх розбавлених розчинів.
збільшення поляризованості катіона іонної рідини призводить до зростання диференціальної електричної ємності суперконденсатора
В обох випадках збільшення поляризуемости або постійного дипольного моменту катіонів призводить до значного збільшення диференціальної ємності при негативних напругах. Таку поведінку диференціальної ємності автори пояснили додатковим тяжінням катіона, що володіє постійним або наведеним дипольним моментом, до електрода в неоднорідному електричному полі.
» ми показали дуже важливу річ, — пояснює професор міем нду вше юрій будков. — ємність — а це головна характеристика, яка показує, як багато подвійний електричний шар може накопичити енергії, — чутлива до зміни дипольного моменту і поляризуемости органічного катіона. Це дає можливість експериментатору-інженеру-електрохіміку, якщо він хоче досягти великих ємностей, заздалегідь вибрати таку іонну рідину, катіон якої володіє великим дипольним моментом або поляризуемостью».
юрій будков
Вчені відзначають, що їх робота фундаментальна і в майбутньому дозволить інженерам-експериментаторам робити більш точні розрахунки при проектуванні суперконденсаторів. Суперконденсатори використовують в якості джерел живлення в різних галузях промисловості-від житлового господарства до альтернативних джерел енергії, а також в електронних і мобільних пристроях, в цифровій апаратурі. Там вони виконують роль автономного або резервного джерела живлення для мікроконтролерів, мікросхем пам’яті та електронних годинників.
» ми плануємо розробляти програмне забезпечення, яке дозволить спрогнозувати ємнісні властивості різних іонних рідин і розчинів електролітів на конкретних електродах — вуглець, золото, платина. Також програмне забезпечення буде враховувати ефект, пов’язаний з діелектричними властивостями іонів», — підкреслив професор будков.
