Графен и углеродные нанотрубки улучшают рабочие характеристики суперконденсаторов

Специалисты университета Джорджа Вашингтона совместно с инженерами лаборатории Micro-Propulsion and Nanotechnology Laboratory изобрели суперконденсатор на основе синтезированного соединения из графеновых хлопьев и одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ). Применение данных материалов в производстве конденсаторов привело к улучшению их рабочих характеристик и экономии затрат.

Суперконденсатор, описанный в научном журнале Journal of Applied Physics, основан на совместном действии двух углеродных наноструктур, дополняющих свойства друг друга.

Как отмечает Ян Ли, автор работы, нанотрубки ОУНТ и графен имеют отличные электрические, температурные и механические свойства, делающие такие материалы привлекательными для использования в производстве новых суперконденсаторов. Многие группы пробовали применять каждый материал в отдельности, но немногие пытались их совместить.

«В лаборатории мы применили подход, при помощи которого одновременно задействовали ОУНТ и графен. Таким образом, мы реализовали идею совместного использования многообещающих наноматериалов», – добавляет Майкл Кайдар, профессор университета Джорджа Вашингтона и директор лаборатории Micro-Propulsion and Nanotechnology Laboratory.

Исследователи синтезировали графеновые хлопья и нанотрубки путём выпаривания электрической дугой графитовых стержней, заполненных металлическим порошком. Затем они смешивали две наноструктуры друг с другом, формируя чернила, которые наносили на бумагу, используемую массово в современных коммерческих конденсаторах.

Достигнутая удельная ёмкость – производительность конденсатора в пересчёте на единицу его веса – превысила в 3 раза показатели конденсаторов, выполненных только на основе углеродных нанотрубок. Как объяснил Ли, графеновые хлопья обеспечивают большую площадь поверхности и хорошую проводимость, в то время как углеродные нанотрубки связывают все структуры в единую сеть.

Несмотря на то что другие типы суперконденсаторов достигли высокой удельной ёмкости, исследователи считают основным преимуществом комбинационного подхода небольшие затраты, поскольку им удалось найти способ производства больших объёмов смешанных углеродных наноструктур. Кроме этого, гибридные суперконденсаторы более лёгкие и компактные, что актуально для современных электронных устройств.