Третье измерение

Уже несколько лет учёные во всём мире работают с двумерными материалами (такими, как графен и углеродные нанотрубки) в надежде получить идеальные суперконденсаторы и аккумуляторы: долговечные, ёмкие и способные быстро отдавать/накапливать энергию. При использовании современных технологий производства аккумуляторов возникает одна проблема: когда толщина рабочего слоя электрода (которую необходимо увеличивать, иначе высокой ёмкости не получишь) достигает 100 мкм, материалы теряют необходимые свойства. Плёнки плоских материалов покрывают электрод, как бумага, густо рассыпанная по полу, а углеродные нанотрубки запутываются между собой, словно спагетти в кастрюле. Структуры становятся слабопроницаемыми для ионов.

Учёные из Дрексельского университета и Университета шт. Пенсильвания нашли способ упорядочить двумерные элементы, применив старую добрую технологию управления жидкими кристаллами. В качестве материала электрода они использовали тонкие плёночные структуры MXene, открытые в Дрексельском университете в 2011 г. После добавления поверхностно активного вещества образовался жидкий кристалл, который упорядочили путём механического сдвига потоком жидкости. После такого сдвига плёнки MXene выстроились параллельно между собой и перпендикулярно плоскости электрода. Между ними образовались каналы для быстрого движения ионов, и вся структура приобрела устойчивость к растрескиванию, возможному в ходе многократных циклов заряда-разряда.

«Это идеальный союз между наноматериалами и свойством мягкой самосборки, присущим жидким кристаллам, - объяснил профессор университета Дрекселя Юрий Гогоци. - Полученные нами электродные покрытия обеспечивают быструю транспортировку ионов, выдающуюся нагрузочную способность и плотность энергии на уровне аккумуляторов с графитовыми электродами и даже выше». О том, как вся структура прикрепляется к токовому коллектору, к сожалению, не сообщается.