Ученые из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН совместно с коллегами из Московского физико-технического института разработали новый электродный материал для суперконденсаторов. Его основу составляют медные нанопроволоки с никелевой оболочкой, которая защищает их от разрушения при многократных циклах зарядки и разрядки. Разработка открывает новые возможности для создания компактных, долговечных и высокоэффективных устройств накопления энергии для портативной электроники.
Рост рынка портативной электроники требует создания компактных и долговечных систем накопления энергии. Одним из перспективных решений являются суперконденсаторы: они быстро накапливают и отдают энергию, развивают высокую мощность и выдерживают сотни тысяч рабочих циклов. Их эффективность во многом зависит от структуры электродов и скорости перемещения электронов и ионов электролита
Медные нанопроволоки хорошо проводят электрический ток и значительно доступнее наноструктур из золота и серебра. Однако медь быстро окисляется и разрушается в щелочных электролитах, из-за чего электрод постепенно теряет ёмкость.
Чтобы решить эту проблему, ученые синтезировали медные нанопроволоки, длина которых более чем в тысячу раз превышала их диаметр. Затем на поверхность проволок наносили слой металлического никеля толщиной около 6 нм.
Медное ядро обеспечивает быстрый перенос электронов, а никелевая оболочка служит барьером, предотвращающим окисление и растворение меди в щелочном электролите. Кроме того, никель повышает ёмкость электродов благодаря собственной электрохимической активности. Без такой защиты медные нанопроволоки превращаются в отдельные частицы оксида меди, и проводящая сеть разрушается. Никелевый "щит" позволяет сохранять структуру электродов в течение тысяч рабочих циклов, — рассказала старший научный сотрудник лаборатории физикохимии керамических материалов ИОНХ РАН, кандидат химических наук Татьяна Симоненко.
На основе разработанного материала исследователи изготовили прототип асимметричного суперконденсатора с рабочим напряжением 1.5 В. Максимальная поверхностная плотность энергии устройства составила 35.9 мкВт·ч/см2. После 10 тыс. циклов зарядки и разрядки суперконденсатор сохранил около 84 % первоначальной ёмкости.
В дальнейшем авторы планируют повысить характеристики материала за счет дальнейшей оптимизации его микроструктуры и состава электродов.
Результаты опубликованы в журнале Journal of Energy Storage.
Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (FSMG-2025-0056).
Фото: ИОНХ РАН
Источник: Минобрнауки России
