Суперконденсаторы, подобно обычным электролитическим конденсаторам, хранят энергию, притягивая ионы различной полярности к поверхности пластин их электродов. От площади поверхности этих пластин зависит и количество ионов, которые могут быть удержаны там. Для увеличения эффективной площади пластины, как правило, покрываются специальными токопроводящими материалами с микроскопическими порами.
Сам по себе кремний очень активно реагирует с большинством веществ, входящих в состав электролита, из-за чего очень быстро разрушается. Для его защиты учёные придумали оригинальное решение. Они нагрели пористый кремний с чистым углеродом до температуры около 800 градусов по шкале Цельсия в присутствии газовой защитной атмосферы. В результате нагрева из углерода сформировался слой графена, который покрыл собой всю поверхность кремния, включая внутреннюю поверхность микроскопических пор. Именно графен является защитным барьером, который не позволяет кремнию распадаться под воздействием веществ, содержащихся в электролите. До этого уже предпринимались неоднократные попытки создать защитный слой из специальной графеновой плёнки, но до этого момента никому не удавалось нанести графен непосредственно на саму поверхность кремния.
В отличие от аккумуляторных батарей, суперконденсаторы не требуют длительного времени на подзарядку и могут практически моментально поглотить или отдать большое количество энергии. Кроме того, суперконденсаторы отличаются высокой надёжностью и более продолжительным сроком службы.
Профессор Кэри Пинт из университета Вандербилта так отзывается о своём проекте:
«Если вы спросите кого-либо, могут ли они создать суперконденсатор из кремния – вам в лицо скажут, что вы сумасшедший. Но мы действительно разработали очень простой способ производства таких суперконденсаторов».
В данный момент кремниевые суперконденсаторы с графеновым покрытием уже продемонстрировали срок службы в 40 раз дольше, чем суперконденсаторы из «голого» кремния. Осталось решить проблему с увеличением электрической ёмкости, так как пока она значительно меньше, чем ёмкость литий-ионных аккумуляторных батарей.
Разработка учёных позволит в будущем встраивать такие конденсаторы непосредственно в структуру электронных микрочипов и других полупроводниковых приборов, в которых используется кремний. Только представьте себе: даже когда батарея вашего телефона разрядилась в самый неподходящий момент, он сможет на протяжении длительного времени питаться от резервных суперконденсаторов, встроенных в его микрочипы. А в идеале, производители смартфонов и вовсе могут отказаться от использования аккумуляторных батарей, полностью перейдя к использованию данной технологии. Это может сэкономить массу внутреннего пространства телефона и использовать его для других, более полезных элементов.