Суперконденсаторы: эффективный способ хранения энергии

В настоящее время аккумуляторы являются наиболее широко используемыми устройствами хранения энергии, удовлетворяя потребности различных промышленных и потребительских применений. Однако эффективное использование возобновляемых источников энергии и появление носимой электроники обусловили необходимость обеспечения новых характеристик, таких как высокоскоростная отдача энергии, более быстрая зарядка и разрядка, увеличенный срок службы и возможность повторного использования. Это привело к необходимости применения суперконденсаторов, которые могут эффективно дополнять аккумуляторы. Вместе с тем одним из их недостатков является меньшая способность к накоплению энергии, что стимулировало широкомасштабные исследования, направленные на повышение их энергетической плотности. Внедрение новых наноструктурированных материалов, иерархических пористых структур, гибридных устройств, объединяющих эти материалы, и нетрадиционных электролитов позволило добиться значительного прогресса, отражённого в научной литературе. В статье рассматривается краткая история развития суперконденсаторов и их фундаментальные аспекты, а также определяется их место среди других систем хранения энергии. Обсуждаются основные электрохимические методы измерения, используемые для характеристики свойств суперконденсаторов, связанных с накоплением энергии, с акцентом на их особенности и ограничения. Особое внимание уделено ключевым компонентам ячейки суперконденсатора, прежде всего электродным материалам и различным типам электролитов, определяющим характеристики устройства, включая способность к накоплению энергии, выходную мощность и стабильность при циклировании. Рассматриваются современные направления разработки электродных материалов, включая углеродные формы, соединения на основе переходных металлов, проводящие полимеры и новые материалы. Синергия между электродным материалом и токосъёмником является одним из ключевых факторов, как и тонкая оптимизация электродного материала и электролита.