Ученые разработали новый тип активированного угля для повышения аккумулирования энергии

Как известно, активированный уголь представляет собой вещество, содержащее огромное количество наноразмерных пор, за счет чего оно широко используется в качестве абсорбента, а также имеет потенциальную возможность аккумулировать большое количество электрического заряда. Однако, из-за того, что эти поры в большинстве своем не взаимосвязаны, способность материала транспортировать электричества достаточно ограничена. Но недавно исследователи из Стэнфордского университета создали новую форму активированного угля, обладающего большей «связностью» и, как следствие, большей электропроводимостью и возможностью аккумулирования большего количества энергии.

Активированный уголь производится из кокосовых орехов, скорлупы, торфа, древесины и других сырьевых материалов, богатых углеродом. Они сжигаются при высокой температуре и подвергаются паровой или химической активации, в процессе которой и создаются наноразмерные поры. Но случайный характер этих процессов приводит к получению материала с небольшой взаимозависимостью между порами.

Для того, чтобы создать свой «дизайнерский» активированный уголь, ученые использовали токопроводящий полимер на водной основе, еще известный как гидрогель, который образует взаимосвязанный трехмерный каркас, идеально подходящий для транспортирования электрического заряда. Кроме того, эта структура содержит органические молекулы и атомы азота, которые обеспечивают проведение электрохимических реакций.

Используя процесс мягкой карбонизации и активации, ученые покрыли каркас гидрогеля листами углерода нанометровой толщины, получив при этом трехмерную сеть с высокой связностью пор. Для увеличения площади поверхности и инициирования углеродных листов, ученые добавили гидроксид калия.

Полученный в результате углеродный материал имеет площадь поверхности 4073 квадратных метра (что эквивалентно трем футбольным полям) на 28 грамм веса (1 унция). Для тестирования эффективности аккумулирования энергии нового материала, исследователи покрыли им электроды в литиево-серных батареях и суперконденсаторах.

Ученые обнаружили, что благодаря использованию нового материала, был преодолен серьезный недостаток литиево-серных батарей, когда при реагировании лития и серы на электроде образовывался полисульфид лития, который просачивался в электролит и приводил к выходу батареи из строя.

Материал также оказался выгодным для использования в суперконденсаторах, где он обеспечивает трехкратное повышение электропроводности и стабильность электродов.