Суперконденсатор для низких температур

Хранение энергии в космических полётах может быть сложной задачей. Батареи не любят космический холод, поэтому их нужно нагревать, чтобы они были полезными. Для этого требуются специальные устройства внутри батарейного отсека, что добавляет немного дополнительной массы, которая очень ценна в условиях ограниченной грузоподъемности. Поэтому было бы удобнее, если бы существовала какая-то форма хранения энергии, способная функционировать в экстремальных условиях, например, в самом космосе или на какой-нибудь поверхности планеты.

Кажется, у нас появились хорошие новости, поскольку команда инженеров использовала аддитивное производство для создания суперконденсатора, который работает в холодном состоянии. Его электроды сначала печатаются в матричной структуре с применением чернил на основе нанокристаллов углеродного аэрогеля целлюлозы. Затем матрицу сушат вымораживанием и обрабатывают поверхность.

В результате этого процесса образуется структура с отверстиями размером всего 500 микрон, а также более мелкие поры в нанометровом масштабе, что обеспечивает диффузию ионов и перенос заряда через электрод. Более того, процесс может происходить при температурах до -70° C, что идеально подходит для тех же холодных марсианских ночей или даже полярных регионов Земли.

Сами чернила были созданы путём синтеза наносфер SiO2, а затем их смешивания с нитроцеллюлозной жидкостью. Потом чернила помещали в шприц перед тем, как подвергнуть некоторому центробежному действию для удаления пузырьков. Наконец, наступало время самой 3д печати на принтере Hyrel 30M, после чего вновь созданную матрицу помещали в морозильную камеру, чтобы вода не испарялась из конструкции. Затем образцы подвергаются дальнейшей сублимационной сушке перед обработкой при высоких температурах в печи для карбонизации до образования аэрогеля, содержащего SiO2.

Результатом стал многомасштабный пористый аэрогель (3D-MCA) с большой площадью поверхности, который помогает достичь высокой емкости при низких температурах. Команда отмечает, что аэрогель сохраняет ёмкость в 6,5 раз выше, чем многомасштабные пористые аэрогели, не напечатанные на 3D принтере.

Источник