Совместная группа исследователей из США и Китая предложила новый аналог графена, получивший название фосфата ванадила (VOPO₄).

Как оказалось, двумерные листы этого материала могут быть объединены с графеном, что позволяет получить новый электрохимический электрод, пригодный для использования в высокопроизводительных, но в то же время гибких ультратонких твердотельных пленочных псевдоконденсаторах.

Прототип конденсатора, изготовленного учеными на основе гибридного электрода, имеет удельную емкость, достигающую 8,4 мкФ на квадратный сантиметр, что позволяет добиться плотности сохраненной энергии свыше 5,2 мВт на квадратный сантиметр устройства. Это самое высокое значение из когда-либо достигнутых для подобного типа устройств.

Двумерные материалы могут идеально подходить для создания гибких ультратонких пленок-суперконденсаторов. В частности, ванадил фосфата, разработанный совместной группой ученых из University of Texas (США) и University of Science and Technology (Китай) имеет толщину всего в 6 атомов. При этом ширина так называемого электрохимического «рабочего окна» этого материала в водном растворе – порядка 1 В.

В рамках своего эксперимента ученые создавали листы фосфата ванадила при помощи растворения объемного материла в 2-пропаноле. Компоненты полученной смеси после этого переносились в ультразвуковую ванну с ледяной водой для смешивания в течение 15 минут.

В результате этого процесса формировался ультратонкий фосфат ванадила, который впоследствии может легко переноситься на другие подложки.

На основе сформированного таким образом нанолиста, соединенного с листом графена, исполнявшего роль электрода, ученые смогли создать ультратонкий псевдоконденсатор (специальный тип электрохимического конденсатора, основанный на быстром обратимом окислительно-восстановительном процессе на поверхности электроактивных материалов) с очень большой удельной емкостью – до 8,4 мкФ на квадратный сантиметр. Помимо большого объема энергии, который может быть сохранен в подобном конденсаторе, разработка отличается сравнительно большим жизненным циклом.

По оценкам исследователей, устройство может выдерживать до 2000 циклов перезарядки. Одновременно с этим электрод оказался достаточно гибким: он может выдерживать сотни циклов сгибания – разгибания без снижения производительности.

Как считают сами разработчики, предложенная ими конструкция уже в ближайшем будущем могло бы найти применение в компактных и эффективных накопителях энергии для портативных электронных устройств. Кроме того, разработанные псевдоконденсаторы могут работать в паре с традиционными источниками питания, особенно там, где необходимы гибкие и растягивающиеся элементы.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Communications. В настоящее время группа занята разработкой новых двумерных материалов с возможностью построения более эффективных псевдоконденсаторов. Кроме того, научная группа планирует заняться изучением своего детища, дабы лучше понять особенности накопления заряда в подобных структурах.