Представьте себе, что ваш разряженный ноутбук или телефон можно зарядить за минуту, а электромобиль можно полностью зарядить за 10 минут.

Хотя это пока и невозможно, но новое исследование группы учёных Калифорнийского университета в Боулдере потенциально может привести к таким достижениям.

В опубликованном сегодня журнале «Труды Национальной академии наук» исследователи из лаборатории Анкура Гупты обнаружили, как крошечные заряженные частицы, называемые ионами , движутся внутри сложной сети мельчайших пор. Этот прорыв может привести к разработке более эффективных устройств хранения энергии, таких как суперконденсаторы, сказал Гупта, доцент кафедры химической и биологической инженерии.

«Учитывая решающую роль энергии в будущем планеты, я почувствовал вдохновение применить свои знания в области химической инженерии для разработки устройств хранения энергии», — сказал Гупта. «Мне казалось, что эта тема несколько недостаточно изучена и поэтому представляет собой прекрасную возможность».

Гупта объяснил, что несколько методов химической инженерии используются для изучения потока в пористых материалах, таких как нефтяные резервуары и фильтрация воды, но они не были полностью использованы в некоторых системах хранения энергии.

Это открытие имеет важное значение не только для хранения энергии в транспортных средствах и электронных устройствах , но и для электросетей, где колебания спроса на энергию требуют эффективного хранения, чтобы избежать потерь в периоды низкого спроса и обеспечить быстрое снабжение во время высокого спроса.

Суперконденсаторы, устройства хранения энергии , которые основаны на накоплении ионов в порах, имеют более быстрое время зарядки и более длительный срок службы по сравнению с батареями.

«Основная привлекательность суперконденсаторов заключается в их скорости», — сказал Гупта. «Так как же мы можем ускорить их зарядку и выделение энергии? За счет более эффективного движения ионов».

Их результаты модифицируют закон Кирхгофа, который управляет течением тока в электрических цепях с 1845 года и является основным предметом на уроках естествознания старшеклассников. В отличие от электронов, ионы движутся как за счет электрических полей, так и за счет диффузии, и исследователи определили, что их движения в местах пересечения пор отличаются от того, что описано в законе Кирхгофа.

До исследования движение ионов было описано в литературе только в одной прямой поре. Благодаря этому исследованию движение ионов в сложной сети из тысяч взаимосвязанных пор можно смоделировать и предсказать за несколько минут.

«В этом заключается суть работы», — сказал Гупта. «Мы нашли недостающее звено».