Новости химической науки > Заглянуть внутрь работающего конденсатора

Метод магнитно-резонансной томографии позволил исследователям подробно изучить процессы, протекающие при зарядке и разрядке конденсаторов и определить, как динамическое поведение ионов влияет на работу и эффективность этих обычных устройств, запасающих электроэнергию.

Результаты работы могут привести к более детальному понимания особенностей процессов, протекающих при зарядке конденсаторов, их разрядке и нахождении в «режиме ожидания», что, в перспективе, может привести к созданию более эффективных конденсаторов.

Как и аккумуляторы, конденсаторы служат для запасания и высвобождения электрической энергии. Обычно конденсатор запасает меньше энергии, чем аккумулятор, однако небольшая емкость компенсируется высокой скоростью зарядки и разрядки. Конденсаторы являются важными элементами потребительской электроники, электромобилей, дефибрилляторов, лазеров и многих других устройств.

Известно, что электроды конденсаторов, выполненные из разных материалов, приводят к тому, что у конденсаторов наблюдается различная производительность – так, например, наиболее эффективны конденсаторы с электродами из нанопористого материала. Зависимости производительности конденсаторов от материала электрода предлагают различные объяснения, но из-за сложности отслеживания перемещения ионов в работающем конденсаторе ни одно из предложенных объяснений не может быть полноценным.

Рисунок из Nat. Commun. 2014, DOI: 10.1038/ncomms5536

Исследователям из групп Клэр Грей (Clare P. Grey) из Кембриджа и Алексея Ершова (Alexej Jerschow) из Университета Нью Йорка удалось продемонстрировать, что метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) может применяться для изучения процессов, в которых участвуют ионы, непосредственно в процессе работы конденсатора. Одним из главных моментов является то обстоятельство, что новая методика может отслеживать в режиме реального времени и с отличным разрешением то, как быстро изменяется местоположение и распределение анионов и катионов при их перемещении по порам электродного материала и по раствору электролита.

Исследователи отмечают, что в отличие от результатов их работ, посвященных применению методов ЯМР для изучения электродов из пористого углерода и раствора электролита на основе тетрафторбората тетраэтиламмония, опубликованных ранее, новый метод, регистрирующий МРТ сигналы ¹H и ¹¹B, позволяет одновременно отслеживать процессы, протекающие на обоих электродах. С помощью нового метода также удается получать информацию о распределении зарядов в системе, находящейся в неравновесном состоянии во время реализации электрохимического цикла.

Предполагается, что благодаря новой информации о фундаментальных процессах, протекающих в ходе зарядки или разрядки конденсатора специалисты по химии материалов смогут увеличить производительность конденсаторов, используя материалы которые будут более эффективно переносить электроны, а также будут иметь большее время жизни.

Источник: Nat. Commun. 2014, DOI: 10.1038/ncomms5536

метки статьи: #аккумуляторы, #аналитическая химия, #химия твердого тела, #электрохимия