На смену аккумуляторам: новая технология российских учёных

Российские учёные разработали уникальную технологию усовершенствования компонентов микротопливных водородных элементов. В лабораторных условиях создали нанокомпозитный материал на основе кремния и графена, который в перспективе можно будет включать в платы электронных устройств. По данным научного коллектива, такие источники питания не подвержены разрушительному действию воды. Учёные полагают, что они могут в будущем заменить привычные аккумуляторные батареи в микроэлектронных устройствах.

Как сообщила RT автор исследования, доцент кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ «МИСиС» Екатерина Гостева, водородные источники питания очень перспективны и экологичны, однако не имеют широкого применения в микроэлектронике, а их использование обладает рядом ограничений.

В частности, в них сейчас используются электролитические мембраны из волокнистого полимера нафиона. Существенный недостаток — способность впитывать воду, которая образуется в результате работы водородно-воздушного источника питания. В качестве альтернативы российские учёные предложили водостойкие катоды на основе кремния и графена.

«Ракеты летают на водородном топливе, уже выпускаются автомобили и разрабатываются самолёты на водородных элементах. А как сделать миниатюрный источник питания на водородно-воздушной основе для обычного мобильного телефона? Наш топливный элемент сделан из кремния, как и компьютерный чип. Например, при создании печатной платы такой элемент с необходимым количеством водорода может быть включён в её структуру», — пояснила Екатерина Гостева.

По словам исследователя, для стабилизации кремния в структуре катода используется графеновый слой. Ранее учёные пытались наносить его на поверхность материала, однако нанопористый кремний всё равно постепенно разрушался под воздействием воды или слабощелочных растворов.

По новой технологии впервые в мире удалось создать графеновое покрытие по всей глубине пористой кремниевой структуры — от нанопор у поверхности до макропористого каркаса. Для этого использовали газофазное химическое осаждение из паров спирта, в процессе которого применяли особый режим перепадов давления.

Уникальная методика позволила радикально улучшить свойства кремниевых пористых структур и обеспечить их большую долговечность, эффективность и электропроводность.

 «Мы предложили не имеющий аналогов метод создания многослойных графеновых покрытий на внутренних стенках пор по всей глубине кремниевой структуры. Других способов производства электродов для эффективных микротопливных элементов сегодня нет. Источники тока такого рода могут не только обеспечить длительное резервное питание техники, но и со временем, вероятно, заменят аккумуляторы», — отметила Екатерина Гостева.

В ходе лабораторных экспериментов учёные показали, что за счёт формирования внутри пор дополнительного рельефа площадь полезной поверхности материала увеличилась более чем в три раза.

В дальнейшем исследователи намерены адаптировать созданную в лаборатории технологию для применения в промышленности. Коллектив планирует применить кремний-графеновый композит в качестве электродов микротопливных элементов и попробовать новую методику для печати микросхем. По словам Екатерины Гостевой, они также попытаются разработать материал для катализаторов на смену редкой и дорогой платине.

Источник: RT на русском