Saulės energijos panaudojimo sistemų, naujos kartos elektrinių transporto priemonių bei kitų aplinkai draugiškų technologijų vystymui reikalingas efektyvus energijos saugojimo būdas. Numatoma, kad vienas iš pagrindinių energijos saugojimo įrenginių šiems bei kitiems tikslams pasiekti galėtų būti superkondensatorius, taip pat dar vadinamas elektriniu dvisluoksniu kondensatoriumi.
Saulės energijos panaudojimo sistemų, naujos kartos elektrinių transporto priemonių bei kitų aplinkai draugiškų technologijų vystymui reikalingas efektyvus energijos saugojimo būdas. Numatoma, kad vienas iš pagrindinių energijos saugojimo įrenginių šiems bei kitiems tikslams pasiekti galėtų būti superkondensatorius, taip pat dar vadinamas elektriniu dvisluoksniu kondensatoriumi.
Neseniai atliktame tyrime mokslininkai išnagrinėjo galimybę šio tipo kondensatorių elektrodams panaudoti medžiagą, vadinamą ceolito anglimi (angl. zeolite-templated carbon). Jų nuostabai, ši medžiaga, pasižyminti porine struktūra, stipriai pagerina viso kondensatoriaus veikimą. Mokslininkų grupė iš Tohoku universiteto, esančio Sendai mieste Japonijoje, savo tyrimų rezultatus apie didelio efektyvumo elektrinį dvisluoksnį kondensatorių atspausdino „Journal of the American Chemical Society“ žurnale.
Elektrinis dvisluoksnis kondensatorius saugo elektros energiją pasikraudamas jonais, kurie juda iš junginio gilumos link elektrodų, kur jonai yra adsorbuojami, tai yra kaupiami elektrodo paviršiuje. Prieš pasiekdami paviršių, jonai turi keliauti per mažytes nanoporas kaip galima greičiau ir efektyviau. Kuo greičiau jonai juda šitomis nanoporomis, tuo greičiau kondensatorius yra pakraunamas.
Kondensatoriaus pakrovimo ir iškrovimo sparta yra didesnė. Taip pat kuo didesnis adsorbuotų jonų tankis elektrode, tuo didesnį krūvį kondensatorius gali sukaupti, tai yra kondensatoriaus talpa yra didesnė. Mokslininkai išbandė įvairias medžiagas su įvairiausių dydžių poromis ir besiskiriančias savo vidine struktūra. Pagrindinis tokių eksperimentų tikslas yra pasiekti greitesnį jonų pernešimą bei didesnį jonų adsorbcijos tankį. Iš principo, šie du reikalavimai vienas kitam prieštarauja. Didesnės nanoporos reiškia, kad jonų greičiai yra didesni. Tačiau tai reiškia, kad elektrodų tankis bus mažesnis ir mažiau jonų bus kaupiama paviršiuje.
„Šiame darbe parodėme, kad galima suderinti iš pirmo žvilgsnio vienas kitam prieštaraujančius dalykus – didelį galios tankį bei didelę talpą, panaudojant ceolito anglį“, – pasakė Hirotomas Nišihara (Hirotomo Nishihara), vienas iš grupės mokslininkų.
Paveikslėlyje pavaizduotos ceolito anglyje esančios nanoporos. Jos pasižymi tvarkinga struktūra, kuri ir leidžia jonams greičiau jas pereiti
Ceolito anglies nanoporos yra apie 1,2 nm skersmens. O tai reiškia, kad yra mažesnės nei daugelio medžiagų, naudojamų elektroduose. Taip pat ceolito anglies nanoporos turi tvarkingą struktūrą, kai kitų medžiagų nanoporos gali būti išsidėsčiusios be tvarkos. Tokiu būdu nanoporų mažas dydis sudaro sąlygas pasiekti didelį adsorbuotų jonų tankį. Kitas svarbus dalykas yra tvarkinga deimantinė struktūra, kuri leidžia jonams greitai praeiti pro nanoporas.
Ankstesniame savo tyrime mokslininkai parodė, kad ceolito anglis, turinti nanoporas mažesnes nei 1,2 nm skersmens, nesuteikia jonams laisvės greitai judėti. Buvo padaryta išvada, kad reikia parinkti tokį nanoporų skersmenį, kad būtų balansas tarp kondensatoriaus didelės veikimo spartos bei didelės talpos.
„Mes toliau atliekame bandymus, siekdami ceolito anglies elektroduose padidinti energijos tankį, – sakė Nišihara. – Jei mums pasiseks sukurti elektrinį dvisluoksnį kondensatorių, tai pritaikius jį nešiojamuosiuose įrenginiuose, pavyzdžiui, tokiuose kaip mobilieji telefonai, įrenginių pakrovimo laikas sutrumpėtų iki kelių minučių. O panaudojus superkondensatorius baterijose, jų gyvavimo laikas pailgėtų.“
