Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере совершили прорыв на пути к созданию более продвинутых суперконденсаторов, необходимых для сверхбыстрой зарядки. Результаты исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), описывают, как ионы движутся внутри сложной сети мельчайших пор.
Суперконденсаторы, или ионисторы, представляют собой устройства хранения энергии, чей принцип работы заключается в накоплении ионов в порах. Они имеют более короткое время зарядки и более длительный срок службы по сравнению с обычными батареями. Кроме того, пористые электроды увеличивают емкость электрохимических устройств за счет увеличения площади поверхности. Однако взаимосвязь между характеристиками устройства и пористой структурой материала остается малоизученной.
В отличие от электронов, ионы движутся как за счет электрических полей, так и за счет диффузии, и исследователи определили, что их движения в местах пересечения пор отличаются от того, что описано в классическом законе Кирхгофа, касающегося поведения тока и напряжения на участках обычной электрической цепи. До сих пор в научной литературе движение ионов описывалось только в одной прямой поре.
Результаты позволяют смоделировать движение ионов в сложной сети из тысяч взаимосвязанных пор и значительно повысить эффективность суперконденсаторов. Это открытие важно не только для электроники и автомобилей, но и для энергосетей, где требуется эффективное хранение энергии для балансировки спроса и предложения.