Полностью зарядить севший смартфон за минуту или электромобиль — за 10 минут пока невозможно, но американские ученые приблизились к этой цели, выяснив, как ионы перемещаются по тысячам соединенных друг с другом крошечным порам. Их открытие может привести к появлению более эффективных накопителей энергии, например, ионисторов.
Для исследования движения потока жидкостей в пористых материалах в современной химической технологии разработаны несколько методов. Они широко применяются в нефтяной промышленности или фильтрации воды, но не в системах хранения энергии. Инженеры-химики из команды Анкура Гупты Калифорнийского университета решили восполнить этот пробел, пишет Science Daily.
Ионисторы, или суперконденсаторы — разновидность химического тока, который работает за счет накопления ионов в пористом материале. В отличие от батарей, они быстро заряжаются и дольше служат. Скорость зарядки — их главное преимущество, и чтобы повысить ее, нужно заставить ионы двигаться еще быстрее.
С 1845 года движением электрических токов в электрических цепях управляли правила Кирхгофа. Однако в отличие от электронов, ионы движутся под действием и электрических полей, и рассеяния. Команда Гупты установила, что движение ионов в сети взаимосвязанных пор не похоже на то, что описывают правила Кирхгофа.
Прежде движение ионов описывалось в научно-технической литературе только как движение в одном прямом тоннеле. Благодаря новому исследованию появилась возможность смоделировать и предсказать движение ионов в комплексной сети из нескольких тысяч взаимосвязанных пор за несколько минут.
«Это прорыв в работе, — заявил Гупта. — Мы нашли отсутствующее звено».
С учетом крайней востребованности технологии быстрой зарядки для электромобилей, можно ожидать, что практический результат работы ученых появится очень быстро.
Ученые из США разработали недавно революционные двухмерные ионисторы. Устройство намного тоньше человеческого волоса превзошло по производительности конденсаторы из тех же материалов, но с иной структурой.
