Более 750 тысяч циклов заряда и разряда выдержал прототип гибридного суперконденсатора, созданный учеными Satbayev University. Разработка основана на новых наноматериалах, часть которых получают из доступного казахстанского сырья — рисовой шелухи и свекловичного жома. Полученные результаты открывают перспективы для применения технологии в системах хранения энергии, электротранспорте и энергетике на основе возобновляемых источников, передает inbusiness.kz со ссылкой на министерство науки и высшего образования РК.
Казахстанские ученые работают над созданием накопителей энергии, которые способны выдерживать длительную эксплуатацию без существенной потери стабильности. Исследования проводятся в лаборатории "Материаловедение и электрохимическая инженерия" Satbayev University и продолжаются в рамках программно-целевого финансирования.
"Одним из ключевых результатов проекта стало испытание гибридного суперконденсатора формата pouch-cell. Прототип показал удельную энергию 51 Вт/ч/кг при мощности 1 кВт/кг и выдержал более 750 тысяч циклов заряда и разряда, сохранив стабильность работы", - сооющили в миннауки Казахстана.
Как пояснили в ведомстве, конструкция устройства сочетает два разных механизма накопления энергии. Положительный электрод работает за счет окислительно-восстановительной реакции йодид/йод, тогда как отрицательный электрод накапливает заряд благодаря формированию двойного электрического слоя.
Параллельно исследователи разрабатывают материалы, которые могут стать основой для подобных устройств. Особое внимание уделяется углеродным материалам, получаемым из сельскохозяйственных отходов.
"В качестве исходного сырья используются рисовая шелуха и свекловичный жом. После обработки получаемые материалы обладают удельной поверхностью до 3000 м²/г. Большая площадь поверхности позволяет увеличить площадь взаимодействия материала с электролитом, что имеет непосредственное значение для его способности накапливать заряд", - отметили исследователи.
Еще одно направление работы связано с электрохимически восстановленным оксидом графена и композитами на его основе. Первые эксперименты показали, что разработанные материалы способны обеспечивать более высокую удельную емкость, по сравнению с традиционным активированным углем.
Руководитель проекта, PhD Жазира Супиева отмечает, что после полученных результатов команда намерена перейти к испытаниям, которые позволят оценить перспективность технологии уже с точки зрения практического применения.
"Полученные результаты открывают возможности для дальнейшего повышения эффективности накопителей энергии. Сейчас для нас важно перейти к более масштабным испытаниям и оценить работу материалов в условиях, приближенных к практическому применению", – отметила руководитель проекта, PhD Жазира Супиева.
Для создания и модификации материалов ученые используют систему сверхбыстрого джоулевого нагрева. Технология позволяет за миллисекунды достигать температуры от 500 до 3600°C.
С ее помощью исследователи получают графен и сплавы, проводят быстрый пиролиз и изменяют структуру материалов в контролируемой атмосфере. Такой подход дает возможность ускоренно обрабатывать исходное сырье и получать материалы с заданными характеристиками.
Разработка проходит несколько этапов проверки. Для первичной оценки электрохимических свойств используются Swagelok-ячейки и потенциостат BioLogic. С помощью сорбтометра Anton Paar исследователи измеряют площадь поверхности полученных материалов.
Дальнейшие испытания будут проводиться в coin- и pouch-ячейках на батарейном тестере Neware. На этом этапе ученые смогут оценить емкость, мощность и стабильность материалов при длительной эксплуатации.
"Исследования не ограничиваются накопителями энергии. Разработанные композиты уже испытали в качестве функциональных покрытий для нержавеющей стали. Полученные результаты показали устойчивость материалов к коррозии, что создает дополнительное направление для их применения", - дополнили в миннауки Казахстана.
В проекте участвуют магистранты и докторанты Satbayev University. Исследования также проводятся совместно с зарубежными партнерами из Австрии и Польши.
Следующим этапом станет масштабирование испытаний и оценка возможности практического применения разработок. Среди потенциальных направлений — суперконденсаторы и аккумуляторные системы, электрический транспорт, накопители для солнечных и ветровых электростанций.
Отдельная перспектива связана с защитными покрытиями для нержавеющей стали.
Таким образом, проект объединяет сразу несколько технологических направлений: переработку доступного сельскохозяйственного сырья в функциональные углеродные материалы, создание новых электродов и испытание их в реальных конструкциях накопителей.
Главный результат на нынешнем этапе — устойчивость прототипа к более чем 750 тысячам циклов работы. Теперь ученым предстоит проверить, насколько эти характеристики сохранятся при масштабировании технологии и эксплуатации в условиях, максимально приближенных к промышленным.
Если дальнейшие испытания подтвердят полученные показатели, разработанные материалы смогут найти применение в системах, где особенно важны долговечность, высокая мощность и способность быстро накапливать и отдавать энергию.
Читайте по теме:
Казахстанские ученые смогут участвовать в экспериментах CERN
