Ученые Томского политеха в составе научного коллектива разработали электропроводящий металл-полимерный композит на основе пластика. Как показали коллеги из Санкт-Петербурга, полученный материал после функционализации может быть использован для создания гибкого суперконденсатора.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Sustainable Energy & Fuels (Q2, IF: 5.0).
Суперконденсаторы в отличие от традиционных конденсаторов имеют небольшие размеры, быстрее накапливают и отдают энергию, способны выдерживать много циклов зарядки/разрядки без потери эффективности. Они перспективны для областей, где нужно хранить энергию недолго, но заряжать и разряжать часто, например, в носимой электронике, некоторых медицинских применениях, автомобильной промышленности.
Химики ТПУ и ученые из Санкт-Петербурга совместно разработали электропроводящий металл-полимерный композит на пластиковой подложке для применения в суперконденсаторах. Для этого на полиэтилентерефталат (ПЭТ) нанесли металлические наночастицы, затем методом лазерной обработки они «вплавлялись» в поверхность полимера. При этом сопутствующий лазерный нагрев приводил к формированию электропроводящего углеродного слоя. На полученный образец размером 6 мм на 8 мм нанесли функциональные слои из соединений кобальта и марганца.
«Количество электрического заряда, которое может накопить лабораторный образец, определяется емкостью. Максимальная емкость составила 224.5 мФ. Кроме того, в ходе лабораторных испытаний материал продемонстрировал хорошее сохранение первоначальной электрической емкости — 80% — после 10 тысяч циклов зарядки и разрядки. Показал стабильную работу в испытаниях на изгиб и механическую прочность. Полученные результаты говорят о перспективности материала для создания гибких суперконденсаторов», — рассказал соавтор исследования, младший научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Максим Фаткуллин.
Разработка вписывается в концепцию «зеленой химии», когда ученые стремятся не просто создавать новые вещества и материалы безопасные для человека и окружающей среды, но и решать уже существующие экологические проблемы.
В исследованиях приняли участие сотрудники Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Санкт-Петербургского государственного университета, Университета ИТМО, Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургского академического университета, Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета.
Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда.
