Ученые КНИТУ-КАИ разработали новый способ получения пенографита

Группа молодых исследователей КНИТУ-КАИ разработала новый способ получения пенографита – углеродного материала, который позволяет заметно повысить электропроводность электродов для суперконденсаторов. Об этом сообщает пресс-служба Министерства образования РФ.

Суперконденсаторы занимают важное место в современной энергетике: они способны накапливать и отдавать энергию быстрее традиционных аккумуляторов. Однако их применение в транспорте и авиации пока ограничено, поскольку по объему накопленной энергии они уступают аккумуляторным батареям.

Ученые КНИТУ-КАИ поставили задачу создать углеродные материалы, которые были бы простыми в синтезе, экономичными и пригодными для промышленного производства. Исследователи сосредоточились на разработке трехмерных электродов на основе углеродсодержащих композитов с повышенной электропроводностью.

Один из авторов проекта, доцент кафедры нанотехнологий в электронике Михаил Морозов, пояснил, что перспективным направлением в создании химических источников тока считается применение трехмерных электродов.

По его словам, за счет более высокой плотности активных веществ такие электроды способны обеспечивать большую удельную емкость. При этом он отметил, что разработка подобных решений сдерживается отсутствием технологий получения электродов с высокой плотностью упаковки активных материалов и нехваткой исследований их электропроводности.

Сегодня в аккумуляторах и суперконденсаторах широко используют технический углерод, однако он обладает сравнительно низкой электропроводностью. В качестве альтернативы рассматриваются графен, восстановленный оксид графена и углеродные нанотрубки, но их массовое применение ограничено высокой стоимостью и сложностью производства.

Казанские ученые предложили более доступный способ. Они разработали метод синтеза пенографита, не требующий сложного оборудования и дорогостоящих установок. Окисленный терморасширяющийся графит помещают в керамический стакан, обложенный минеральной ватой, и обрабатывают электромагнитным излучением мощностью 1000 Вт в течение одной минуты. В результате материал превращается в пенографит со сложной трехмерной слоистой структурой.

Испытания показали, что при добавлении всего 3% пенографита удельная электропроводность смеси активированного угля с этим материалом превышает показатели традиционной смеси с 10% технического углерода. При увеличении доли пенографита до 7% электропроводность оказывается в 3,5 раза выше по сравнению со смесью, содержащей 30% технического углерода.

Таким образом, пенографит демонстрирует более высокую эффективность по сравнению с техническим углеродом, который применяется даже в коммерческих литий-ионных аккумуляторах. Благодаря слоистой структуре новый материал равномерно распределяется в активной массе, заполняет объем электрода и обеспечивает стабильный электрический контакт.

Исследователи считают, что использование пенографитовых электродов позволит создавать более компактные и легкие источники питания. По их оценке, это может открыть новые возможности для транспорта, авиации, систем рекуперации энергии, электромобилей и портативной электроники.