Ученые Саратовского государственного технического университета (СГТУ) им. Гагарина разработали композитный материал, который позволил втрое увеличить емкость полимерных концентраторов энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials, который издается Многопрофильным институтом цифровых публикаций (MDPI).
Накопители энергии используют материалы с высоким уровнем диэлектрической проницаемости, способные накапливать большое количество энергии. Роль таких материалов чаще всего играют полимерные вещества, в пустотах между нитями которых размещаются наполнители, способные проводить электрический ток. Авторы исследования выдвинули гипотезу, согласно которой емкость полимерных материалов можно повысить, разместив в их толщу частицы из так называемых максенов — двумерных наноматериалов, плоские слои которых состоят из атомов переходных металлов, углерода и азота.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые создали материал из фторсодержащего полимера ПВДФ, который часто используется в литий-ионных аккумуляторах, и частиц максенов, которые имеют гармошкообразную структуру, позволяющую ее «растянуть» за счет внедрения молекул диметилсульфоксида — популярного в химической промышленности растворителя. Авторы исследования провели эксперимент, в ходе которого сравнили эффективность полимерного наполнителя при добавлении «чистых» частиц максенов и их «растянутой» версии.
Эксперимент показал, что добавление растворителя позволило более равномерно распределять слои максенов по толще полимерного материала. Благодаря этому его удельная емкость выросла втрое в сравнении с существующими наполнителями. По оценке ученых, подобные композиты начнут использоваться в накопителях энергии в ближайшие пять лет.
«Увеличение диэлектрической проницаемости позволяет не только накапливать больше энергии, но и повысить отклик материала на воздействие внешнего электрического поля. Это важно для устройств в здравоохранении, аэрокосмической промышленности и бытовой электронике», — цитирует Российский научный фонд Николая Горшкова, старшего научного сотрудника лаборатории «Ионика твердого тела» СГТУ им. Гагарина.
