Новое устройство сможет хранить энергию прямо на микросхемах

    Открытие суперконденсаторов на кремнии указывает на то, что почти любое устройство на кристаллическом кремнии, включая фотоэлементы, помимо своих прямых функций, способно без увеличения толщины ещё и хранить электроэнергию.


    «Если вы спросите специалистов о том, можно ли сделать суперконденсатор из кремния, они скажут вам, что это сумасшедшая идея, — говорит Кэри Пинт (Cary Pint) из Университета Вандербильта (США), возглавляющий разработку таких ионисторов. — В отличие от них, мы знаем, как это сделать».

    Храня энергию не в ионах, как обычные аккумуляторы, а в электронах, суперконденсаторы разряжаются и заряжаются за минуты, а не часы, и работают миллионы циклов вместо тысяч.

    Схема устройства новых суперконденсаторов (справа) отличается от обычной (слева) слоем графеновой защиты кремниевых обкладок. (Здесь и ниже иллюстрации Cary L. Pint et al.)

    Главный недостаток ионисторов — меньшую, чем у химических аккумуляторов, ёмкость — пытаются одолеть множеством способов, хотя в основном речь идёт об использовании графена и нанотрубок. Но чтобы поверхность обкладок таких конденсаторов могла хранить максимум электронов, она должна быть предельно неровной, состоящей из высоких наногребней и пор. Увы, в этом случае сборка такого наноматериала из графена очень трудна.

    Для решения проблемы «матрицы» таких наноконструкций группа г-на Пинта обратилась к пористому кремнию — материалу с контролируемой и хорошо известной наноструктурой, изготавливаемому с помощью электрохимического травления поверхности кремниевых подложек. Так удалось создать исключительно пористую наноструктуру, проблемой которой оставалась лишь готовность кремния реагировать с электролитами суперконденсатора, то есть та слабость, которая, по словам Кэри Пинта, делает саму идею такого устройства безумной.

    Во избежание подобных реакций разработчики покрыли пористую поверхность кремния углеродом, а затем нагрели до 600–700 °С. Если вы думаете, что учёные хотели покрыть кремний графеном, то ошибаетесь. Чтобы получить графен из карбида кремния, полуфабрикат нагревают до 1 400 °С и выше. Прямо скажем, итог эксперимента оказался неожиданным: на поверхности относительно слабо нагретого кремния с углеродным покрытием образовался слой графена толщиной в несколько нанометров.

    Источник

    0 комментариев

    Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.