Учёные НИУ ВШЭ смоделировали работу суперконденсатора на уровне отдельных ионов и молекул

Учёные НИУ ВШЭ смоделировали работу суперконденсатора на уровне отдельных молекул и ионов с помощью суперкомпьютера. Исследователи изучили, что происходит с ионами и молекулами растворителя с водой внутри нанопор. Как отметили в НИУ ВШЭ, по результатам исследований даже малое количество воды меняет распределение заряда и влияет на то, сколько энергии может накопить устройство. Исследование опубликовано в журнале Electrochimica Acta.

Суперконденсаторы быстро накапливают и отдают электрическую энергию. Их используют в электронике, гибридных автомобилях, системах рекуперации энергии, солнечных и ветровых электростанциях. В отличие от аккумуляторов, которые заряжаются от десятков минут до нескольких часов и выдерживают до тысячи циклов, суперконденсаторы заряжаются за секунды и выдерживают сотни тысяч циклов без потери ёмкости. Главная проблема суперконденсаторов в том, что они хранят меньше энергии, чем аккумулятор такого же размера. Поэтому учёные продолжают искать способы увеличить их ёмкость.

Ранее команда НИУ ВШЭ изучила поведение ионов и молекул электролита в углеродных нанопорах и создала модель двойного электрического слоя. В новой работе учёные НИУ ВШЭ и Института химии растворов РАН впервые смоделировали поведение электролита на уровне отдельных ионов и молекул. Они исследовали смесь ионной жидкости, органического растворителя и следов воды в углеродных порах шириной 0,7–1,9 нанометра. На основе траекторий движения молекул и ионов они рассчитали дифференциальную электрическую ёмкость и сравнили данные с экспериментом.

По словам профессора МИЭМ НИУ ВШЭ Юрия Будкова, моделирование показало, как ионы и молекулы растворителя распределяются в порах, формируют послойные структуры и как эти слои меняются при изменении