Преобразование ржавчины в суперконденсаторы

Американские исследователи открыли новый метод использования ржавчины для производства высокоэффективных микросуперконденсаторов.

Ржавчина является основным материалом для новых микросуперконденсаторов, разработанных американскими исследователями. Они чрезвычайно электропроводны и имеют самую высокую плотность энергии среди микросуперконденсаторов на полимерной основе. Это стало возможным благодаря новому производственному процессу, для которого ржавчина очень хорошо подходит.

Суперконденсаторы из чистой комнаты

Новые суперконденсаторы были разработаны исследователями Вашингтонского университета, которые рассказали о них в журнале "Advanced Functional Materials". Команда химика Хулио М. Д'Арси объединила традиционные методы микропроизводства с современной полимеризацией. Ключом к этому была технология чистых комнат. "В чистой комнате вы обычно обрабатываете материалы, которые встроены в компьютеры, например, полупроводники", - объяснил Д'Арси. Чистые помещения сконструированы таким образом, что в воздухе практически нет пыли и других посторонних частиц.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"В чистой комнате здесь, на территории кампуса, есть много по-настоящему классных устройств, в том числе таких, которые позволяют наносить тонкий слой материала на поверхность. Мы использовали его для нанесения Fe2O3 слоев до 20 нанометров - очень тонких слоев оксидов металлов, что в противном случае было бы невозможно".

Fe2O3 или оксид железа(III) является не более чем ржавчиной, но для Д'Арси и его команды, этот обычный материал является идеальной и недорогой отправной точкой для химического синтеза. "После нанесения ржавчины она очень стабильна и едва реагирует". Она может легко подвергаться воздействию окружающего воздуха, поэтому мы можем пройтись от чистого помещения до химической лаборатории к нашему вытяжному шкафу. Там мы используем оксидный слой металла как реакционный партнер в химическом синтезе", - объясняет химик.

Превратить простую ржавчину в современные микросуперконденсаторы на полимерной основе оказалось на удивление легко. "Самый простой способ удалить ржавчину с поверхности - это использовать немного кислоты". Вот из чего сделано средство для удаления ржавчины из хозяйственного магазина. Наше преобразование работает таким же образом - мы добавляем кислоту и изменяем окись железа, высвобождая атом железа. Этот атом железа - партнер по реакции нашего нанополимера. Этот процесс называется полимеризацией паровой фазы с помощью ржавчины", - сказал Д'Арси.

" Захватывающая вещь в нашем методе заключается в том, что результат нашей химической реакции уникален. Это процесс самосборки", - объясняет химик. "Мы производим наноструктуры из полимера, в принципе, из тонкой пленки или ковра из нанополимерных щеток". Мягкий, полупроводниковый, органический материал прилипает к поверхности, на которой была ржавчина. Это прямое преобразование пленки, которую мы наносили в чистом помещении, в нановолокнистый материал. Никому в этой области никогда не удавалось создать наноструктуры такого масштаба без шаблона. Мы делаем это напрямую, мы разработали синтез, который приводит к самосборке".

Метод "чистой комнаты" позволил команде работать в очень маленьком масштабе: "Намного легче контролировать химические свойства на маленьких электродах". И результаты в этом деле были отличные, я бы сказал. Работа в микромасштабе во многих случаях оказалась идеальным решением", - говорит Д'Арси. Кроме того, в отличие от традиционных производственных процессов, это делается за один шаг, а не за много.

Проект смог обеспечить финансирование в размере 50 000 долларов США в рамках программы "Ускорение лидерства и предпринимательства". Он поддерживает коммерциализацию этого метода производства микросуперконденсаторов. Команда Д'Арси уже подала большое количество патентов и теперь будет работать над улучшением плотности энергии, сохраняя при этом высокую проводимость и электрохимическую стабильность. Целью является производство микросуперконденсаторов, которые могут конкурировать с батареями.

Исследователи предполагают, что в будущем технология будет использоваться в миниатюрных устройствах, таких как биомедицинские сенсоры и так называемые носилки, т.е. небольшие компьютерные системы, которые надеваются на тело или интегрируются в одежду. Там есть большая потребность в альтернативных батареях. Это объясняется тем, что батареи имеют более высокую плотность энергии, чем суперконденсаторы, и могут хранить энергию дольше. Но суперконденсаторы превосходят аккумуляторы по производительности, и они высвобождают энергию намного быстрее. Такие применения, как датчики, метки RFID или микророботы, зависят от таких высокопроизводительных устройств хранения энергии в миниатюрном формате. опубликовано econet.ru по материалам energyload.eu

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet