Новый углеродный материал, разработанный в Стэндфордском Университете, предназначен для производства систем накопления электроэнергии. «Нам удалось создать "конструкторский углерод", универсальный и легкообрабатываемый, – говорит Зенан Бао (Zhenan Bao), профессор кафедры химических технологий из Стэнфорда. – Наши исследования показывают, что этот материал обладает исключительной способностью к накоплению энергии, и может открыть дорогу к производству серно-литиевых аккумуляторов и ионисторов с уникальными характеристиками».
По словам профессора Бао, «конструкторский углерод» обладает исключительными преимуществами по сравнению с обычным активированным углем. «Дешевый активированный уголь изготавливается в основном из скорлупы кокосовых орехов. Для активации углерода производители сжигают скорлупу при высоких температурах, а затем подвергают ее химической обработке».
В процессе активации образуются наноразмерные поры, увеличивающие общую площадь поверхности углерода. Но, как говорит профессор Бао, у активированного углерода есть серьезные недостатки, среди которых – ограниченные возможности транспортировки электричества.
Подход Бао и ее коллег основан на использовании токопроводящих гидрогелей. «Полимеры гидрогеля образуют связанную трехмерную структуру, идеально проводящую электрический ток», – говорит профессор Бао. «Эта структура также содержит в себе органические молекулы и функциональные атомы, такие как азот, благодаря которым мы можем управлять электрическими свойствами углерода».
Аспирант Джон Ту (John To) добавляет: «Мы называем его «конструкторским углеродом», так как можем управлять химической формулой соединения, размером пор и удельной площадью поверхности, просто изменяя типы используемых полимеров и органических связующих, а так же варьируя количество тепла, подводимого в процессе производства».
В рамках своих работ исследователи создали материал с удельной площадью поверхности 4073 м2/г.
Проверяя свое изобретение «в реальной жизни», команда из Стэнфорда изготовила электроды, покрытые новым углеродным материалом, и установила их в ионисторы. Результаты были впечатляющими: электрическая проводимость увеличилась втрое по сравнению с электродами, выполненными из обычного активированного угля.
