Ученые НИУ ВШЭ с помощью суперкомпьютерного моделирования изучили поведение ионов и молекул растворителя с водой внутри нанопор суперконденсаторов. Анализ показал, что даже незначительное количество воды меняет распределение заряда и влияет на емкость устройства. Такой подход позволяет прогнозировать работу суперконденсаторов при разном составе электролита и уровне влажности. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ). Пресс-релиз имеется в распоряжении ИА StolicaMedia.
Суперконденсаторы — это компактные устройства, способные очень быстро заряжаться и отдавать энергию, выдерживая сотни тысяч циклов без потери емкости. Их применяют в электронике, гибридных автомобилях, системах рекуперации, солнечных и ветровых станциях. Однако они уступают аккумуляторам по количеству хранимой энергии, что побуждает ученых искать пути повышения их эффективности.
В новой работе специалисты НИУ ВШЭ и Института химии растворов РАН смоделировали на атомном уровне поведение электролита, содержащего ионную жидкость, органический растворитель и следы воды, в углеродных порах шириной от 0,7 до 1,9 нанометра. Расчет дифференциальной электрической емкости показал, что вода по-разному влияет на работу устройства: при слабом отрицательном заряде она снижает емкость, нарушая упорядочение ионов, а при сильном положительном — увеличивает ее, выстраиваясь в электрическом поле и меняя распределение частиц.
Исследователи также установили связь между изменением толщины пор и колебаниями расклинивающего давления — избыточного давления в тонкой плёнке жидкости внутри нанопор. Эти колебания совпадают с изменением емкости и отражают перестройку слоев электролита при зарядке электрода.
Ученые отмечают, что понимание таких эффектов поможет создавать новые электролиты и материалы для более эффективных и долговечных суперконденсаторов, которые смогут работать в самых разных условиях.
Ранее ИА StolicaMedia писало, что ученые из НИУ ВШЭ и НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова исследуют одно из самых опасных осложнений беременности — преэклампсию. Такое состояние угрожает жизни матери и ребёнка и встречается примерно у 8% беременных. Чтобы понять причины болезни и найти способы лечения, они используют технологию "плацента‑на‑чипе", которая позволяет моделировать работу плаценты в условиях, близких к реальным.
