Исследование опубликовано 30 сентября 2015 года в Advanced Materials.
С развитием бортовых электронных систем3 и беспроводных технологий миниатюризация устройств хранения энергии стала необходимой.
Микро-батареи очень распространены и хранят большое количество энергии благодаря своим химическим свойствам. Однако они подвержены колебаниям температуры и страдают от низкой электрической мощности и ограниченного срока службы (часто около нескольких сотен циклов зарядки / разрядки). Напротив, микро-суперконденсаторы имеют высокую мощность и теоретически бесконечный срок службы, но сохраняют лишь небольшое количество энергии.
Микро-суперконденсаторы были предметом все большего количества исследований за последние десять лет, но конкретных приложений они не получили.
Их более низкая плотность энергии, i.е. количество энергии, которое они могут хранить в данном объеме или площади поверхности, означало, что они не могли питать датчики или микроэлектронные компоненты. Исследователям из группы Integration de systemes de gestion de l’energie в LAAS-CNRS, в сотрудничестве с INRS Квебека, удалось снять это ограничение, объединив лучшее из микро-суперконденсаторов и микро-батарей.
Они разработали электродный материал, плотность энергии которого превосходит все системы, доступные на сегодняшний день. Электрод изготовлен из чрезвычайно пористой структуры золота, в которую вставлен оксид рутения.
Он синтезируется с помощью электрохимического процесса. Здесь можно использовать эти дорогие материалы, потому что компоненты крошечные: порядка квадратных миллиметров. Из этого электрода был изготовлен микро-суперконденсатор с плотностью энергии 0.5 Дж / см?, что примерно в 1000 раз больше, чем у существующих микро-суперконденсаторов, и очень похоже на характеристики плотности существующих литий-ионных микро-батарей.
Благодаря новой плотности энергии, долгому сроку службы, высокой мощности и устойчивости к колебаниям температуры, эти сверхконденсаторы наконец-то могут быть использованы в носимых интеллектуальных встроенных микросистемах.
Примечания
1 LAAS является частью Instituts Carnot.
Члены этой известной сети проводят предварительные исследования, которые обновляют их научные и технологические навыки, и продвигают целенаправленную политику совместных исследований в интересах партнеров-предприятий.
2 Национальный институт научных исследований.
3 Бортовые системы — это носимые электронные системы. Часто они должны соответствовать ограничениям по размеру и потреблению.