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°С.
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°С 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.