В Университете Райса созданы высокотемпературные суперконденсаторы, которые могут найти применение в бурении нефтяных скважин, космонавтике и военных целях. Ключевым компонентом нового накопителя энергии, стабильно работающего при температурах до 200 °C, является глина — широко распространенный и дешевый естественный материал.
Высокотемпературные «глиняные» суперконденсаторы

Ученым, поставившим перед собой задачу создать высокотемпературный конденсатор, необходимо было найти подходящую комбинацию материалов электролита и сепаратора.

Органические электролиты и электролиты на водной основе непригодны для работы при высоких температурах. Для этой цели хорошо подходят так называемые ионные жидкости комнатной температуры (Room-temperature ionic liquid, RTIL). RTIL малотоксичны, имеют высокую температурную стабильность, низкое давление паров и хорошие электрохимические свойства.

Основной проблемой стал подбор материала для сепаратора. Материалы, используемые при комнатных температурах (целлюлозная бумага, полимеры, асбест, стекловолокно), не годятся для высоких температур, так как дают усадку, приводящую к короткому замыканию. Твердые и гелевые электролиты, способные выполнять одновременно роль электролита и сепаратора, тоже оказались непригодными для работы при температурах выше 100 °C.

Решением проблемы стало использование в качестве комбинированного электролита-сепаратора уникального композита, состоящего из ионной жидкости и природной глины ­- бентонита, которая, как оказалось, обладает полным набором подходящих качеств ­- высокой температурной стабильностью, хорошей сорбционной способностью, большой площадью активной поверхности и высокой проницаемостью.

В новом суперконденсаторе слой композитной пасты, состоящей из равных количеств ионной жидкости и бентонита, распределен между электродами из восстановленного оксида графена. Исследование, проведенное с помощью электронного микроскопа, показало отсутствие изменений структуры материалов суперконденсаторов, подвергнутых в ходе испытаний нагреву до 200 °C. Небольшие изменения наблюдались лишь после нагрева до 300 °C.

Несмотря на небольшое снижение емкости в начальных циклах заряда/разряда, суперконденсаторы сохраняли стабильность в течение последующих 10 000 тестовых циклов. Значения удельной энергии и удельной мощности с ростом температуры от комнатной до 200 °C улучшались на два порядка.

Не останавливаясь на достигнутом, группа усовершенствовала разработанный ей композит, добавив к смеси ионной жидкости и глины небольшое количество термопластичного полиуретана. Это позволило формировать из полученного материала листовые мембраны, из которых могут быть вырезаны части, имеющие форму и размеры, определяемые дизайном окончательного изделия.

По пресс-релизу Rice University