超级电容器是一种可以在几秒钟内储存和释放能量的装置。它由浸入电解质中的金属电极组成。在他们的模型中，HSE MIEM 科学家用聚电解质取代了典型的低分子电解质，并发现了一个负面的物理效应：当电极孔径小于一纳米时，超级电容器会失去电容。通过为聚电解质选择合适的条件，您可以创造出更强大、更高效的设备。
该研究发表在 Physical Review E 杂志上。超级电容器类似于可充电电池，但与其不同的是，超级电容器不是为长期供电而设计的，而是为短期和强大的能量脉冲而设计的。它们通常用作智能手机、汽车和小型设备的备用电源。例如，在行车记录仪中，如果汽车熄火并且主电源熄灭，超级电容器将保持充电以完成并保存视频。与电池相比，超级电容器的磨损更少，平均寿命长 5 到 10 年。它们在 -40 摄氏度到 +65 摄氏度的温度范围内有效，这是锂离子电池工作范围的两倍。该研究发表在 Physical Review E 杂志上。超级电容器类似于可充电电池，但与其不同的是，超级电容器不是为长期供电而设计的，而是为短期和强大的能量脉冲而设计的。它们通常用作智能手机、汽车和小型设备的备用电源。例如，在行车记录仪中，如果汽车熄火并且主电源熄灭，超级电容器将保持充电以完成并保存视频。与电池相比，超级电容器的磨损更少，平均寿命长 5 到 10 年。它们在 -40 摄氏度到 +65 摄氏度的温度范围内有效，这是锂离子电池工作范围的两倍。
超级电容器由浸入电解质中的金属电极组成，电解质是一种含有自由带电粒子、阳离子和阴离子的液体。例如，食盐是一种电解质；当溶解在水中时，它会分解成 Na+ 和 Cl- 离子。超级电容器的电荷在双电层 (EDL) 中累积。它形成在液体电解质和电极之间的界面处，电极被施加电势。第一层是电极本身，第二层是电解质离子，由于静电引力而被吸引到电极上。
HSE MIEM 研究人员开发了一种 DEL 数学模型，其中传统的低分子量电解质被聚合物电解质取代。聚电解质有助于增加电容，这是一种衡量设备可以存储多少电量的特性。这是因为带电的聚合物链比低分子量电解质更有效地被吸引到电极上。
低分子电解质是有机盐、酸和碱，其阳离子和阴离子自由移动。聚合物电解质（聚电解质）是更复杂的化合物，其中一种离子（例如阳离子）交联成长聚合物链，而另一种离子（阴离子）自由移动。
使用研究人员的模型，首先发现，如果电极孔隙太窄（厚度小于或等于一纳米），则由于孔隙壁的静电排斥，电解质聚合物链无法进入内部。“你可以用意大利面和漏勺来类比家庭。如果您使用长意面和短意面，则短意面能更好地通过漏勺。但是孔越大，越长的意大利面可以滑过。聚合物链就像长意大利面，很难在狭窄的孔隙中驱动，”该文章的作者之一、MIEM HSE 教授Yuri Budkov解释道。
类似的效果在低分子电解质中不会发生，因为它们的离子尺寸只有0.3-0.4纳米，而且孔径为1纳米，很容易移动。“使用聚合物，我们可以在电容方面取胜，但重要的是要避免负面影响。我们已经选择了聚合物有效工作的参数，我们相信聚电解质的有效使用将使我们能够积累更多的能量，” MIEM HSE 的初级研究员Nikolai Kalikin解释道。
超级电容器用于工业、可再生能源、机器人甚至公共交通。例如，一些电动公交车使用超级电容器在一站快速充电并移动到下一个。“这篇文章是一个更大的研究项目的一部分。我们正在开发一种用于金属-电解质界面双电层数值模拟的方法。Yury Budkov 解释说，现在我们已经准备好了理论基础，未来我们计划创建一个程序，使我们能够模拟离子的行为并对微分电容进行工程估计。“这将帮助开发超级电容器的工程师更好地了解超级电容器双电层中的物理和化学过程，并创造出更强大、更高效的设备。”