Швидка зарядка акумуляторів ноутбуків, смартфонів, іншого переносного електронного обладнання, та й електромобілів останніми роками займає уми вчених у багатьох країнах світу.
І ось, як повідомляє престижний журнал Proceedings of the National Academy of Sciences , групі дослідників з акумуляторів з Університету Боулдера, штат Колорадо, вдалося розкрити секрети електростатичної сили, виявивши, як крихітні заряджені частинки, які називаються іонами, рухаються через лапи. Тим самим, за висновками фахівців, зроблено важливий крок уперед у розробці ефективніших пристроїв накопичення енергії, таких як суперконденсатори, а також до суттєвого скорочення часу заряджання мобільного електроустаткування.
Порівняно із звичайними батареями, суперконденсатори заряджаються і розряджаються дуже швидко за рахунок накопичення іонів на поверхнях із пористого матеріалу. Але досі точні механізми руху іонів у цих складних ґратах залишалися незрозумілими. Однак, опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences дослідження вчених з Університету Боулдера потенційно може призвести до значних досягнень, таких як повна зарядка ноутбука або телефону за одну хвилину або навіть електромобіля лише за 10 хвилин. Також, з використанням інновацій, що пропонуються американськими дослідниками, можна було б мати інтелектуальні електричні мережі, здатні ефективно накопичувати енергію в непікові періоди, щоб миттєво перерозподіляти її під час піків попиту.
Як зазначається експертами зі США, це відкриття «руйнівне» для колишніх понять руху іонів, оскільки змінює одну з основ електрики: закон Кірхгофа. Це правило, встановлене в 1845 році, описує протікання струму в електричних ланцюгах і те, що іони, на відміну від електронів, рухаються під дією електричних полів, так і під дією розсіювання. Однак цю особливість дослідникам вдалося розшифрувати і вони визначили, що рухи іонів у місцях перетину доби відрізняються від того, що описує закон Кірхгофа.
Запропонована дослідниками Університету Боулдера система прискорює чисельні обчислення на шість порядків без шкоди для точності. Вона використовує модель для дослідження впливу сполук та розподілу пір за розмірами на час зарядки електричних подвійних шарів та прогнозування взаємозв’язків між структурою та властивостями. Використовуючи представлення еквівалентної схеми, запропоноване цими модифікованими законами Кірхгофа, методологія дослідників з Університету Боулдера точно відбиває просторові та часові залежності щільності заряду та електричного потенціалу, що відповідає результатам, отриманим у результаті інтенсивного прямого чисельного моделювання.
Ці результати, як вказується, відкривають потенціал для вдосконалення конструкції суперконденсаторів і створення 3D-друкованих мікромасштабних електродів для накопичувачів енергії та суперконденсаторів.
Як роблять висновок експерти, завдяки проведеній роботі дослідників з американського Університету Боулдера тепер можна передбачити ці іонні рухи, що дозволить підвищити продуктивність знаменитих суперконденсаторів та інших пристроїв нового покоління, що запам’ятовують, істотно скоротити час зарядки мобільного електрообладнання.
