22 мая 2023, 15:00 Дарья Пашковская

«Растянутые гармошки» помогут увеличить емкость энергонакопителей

Ученые смогли втрое улучшить характеристики материалов для энергонакопителей. Они «растянули» гармошкообразные проводящие наночастицы в их составе, что помогло обеспечить более равномерное распределение наполнителя в объеме полимерной матрицы и повысить способность композита реагировать на внешнее электрическое поле. Предложенный подход позволит создать отечественные энергонакопительные системы, не уступающие по эффективности ушедшим с рынка зарубежным аналогам.

«Растянутые гармошки» помогут увеличить емкость энергонакопителей
СЭМ-фотографии наночастиц MXene, «растянутых» за счет интеркалирующих добавок

Системы хранения энергии используются повсеместно: от крупных электростанций и солнечных панелей до устройств новейшей гибкой электроники. Уход с рынка импортных аналогов таких систем серьезно тормозит развитие отечественных технологий. Так, прежде всего нужны композитные материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, способные накапливать большие количества энергии. Они представляют собой полимерную матрицу, в которую внедрены проводящие ток частицы — наполнитель. Чем больше будет таких частиц, тем будет выше и диэлектрическая проницаемость, однако при этом теряется гибкость и эластичность композита. Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А (СГТУ) предложили композит, который потенциально может решить эту проблему. 

Авторы взяли за основу материал, в котором роль матрицы выполняют поливинилиденфториды — полимеры с изначально достаточно высокой способностью запасать энергию. В них внедрили наночастицы MXene с высокой проводимостью. Под этими веществами понимают целую группу слоистых карбидов, карбонитридов и нитридов переходных металлов (то есть способных образовывать разное количество связей с другими атомами). Такая система сама по себе довольно эффективна, но авторы улучшили ее: MXene имеют гармошкообразную структуру, которую можно «растянуть», внедрив между слоями молекулы диметилсульфоксида — доступного растворителя. Так наполнитель будет равномернее распределен в полимерной матрице, а потому и способность сохранять энергию будет во всех частях одинаково высокой.

«Увеличение диэлектрической проницаемости позволяет не только накапливать больше энергии, но и повысить отклик материала на воздействие внешнего электрического поля. Это важно для устройств в здравоохранении, аэрокосмической промышленности и бытовой электронике. Потенциал улучшенных устройств хранения энергии и датчиков огромен», — поделился руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Николай Горшков, старший научный сотрудник лаборатории «Ионика твердого тела» СГТУ имени Гагарина Ю.А. 

По прогнозам ученых, подобные композиты войдут в состав устройств накопления и преобразования энергии в ближайшие пять лет. Далее коллектив планирует исследовать трехфазные композиты, в которые будут добавлены еще и порошки диэлектриков. Предполагается, что это будут сложные оксиды с туннельной структурой: манганаты и титанаты калия с добавками элементов из переходной группы. Это позволит достичь улучшенного баланса между диэлектрической проницаемостью и диэлектрическими потерями — за счет стабилизации поляризационных процессов на границах частиц разной природы.

Источник:  Пресс-служба РНФ

Публикации из новости

Читайте также

Создан новый композит из оксида индия, нанотрубок и меди для газовых сенсоров
Он оказался чувствителен к широкому классу летучих соединений и особенно к оксиду азота
Композиты
Материаловедение
Нанотехнологии
Сенсоры
24 мая 2023
Новый датчик защитит стеклопластики ото льда и проверит их целостность
Его можно внедрить в композитное крыло самолета, лопасть ветряка, пролет моста, кузов автомобиля, днище яхты или любую конструкцию из стекловолоконных полимерных композиционных материалов без запекания ее в автоклаве
Композиты
Материаловедение
Нанотехнологии
22 декабря 2022
Графеновые квантовые точки и золото оказались эффективны в очистке воды
Пористые металл-графеновые композиты смогли очистить воду от ртути, а также обладали люминесценцией, необходимой для отслеживания сорбента с поглощенным загрязнителем
Композиты
Материаловедение
Нанотехнологии
Экология
23 ноября 2022
Тульские ученые создали глюкометр нового поколения на основе нанокомпозита из красителей
Получившийся датчик глюкозы чувствителен, селективен и недорог, а потому может стать достойной заменой импортных тест-полосок
Композиты
Материаловедение
Наномедицина
Нанотехнологии
Сенсоры
14 мая 2022
Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Материаловедение
Нанотехнологии
Спектроскопия
26 декабря 2023
Покрытие с наностолбиками защитит силиконовые импланты от бактерий
Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм.
"Умные" материалы
Материаловедение
Нанотехнологии
23 августа 2023