Запущений 1965 року в США ядерний реактор HFIR (The High Flux Isotope Reactor) в Окриджській національній лабораторії використовується не тільки для виробництва ізотопів, затребуваних у медицині та промисловості, але також для проведення маси наукових експериментів. Зокрема, спостерігаючи за розсіюванням нейтронів, що випускаються HFIR, вчені вивчають нові пористі структури суперконденсаторів, щоб у майбутньому створити потужні акумулятори.
Історично суперконденсатори займають проміжне положення між конденсаторами та акумуляторами. Пошук нових пористих матеріалів для електродів суперконденсаторів (у радянській і російській літературі - іоністорів) обіцяє наблизити суперконденсатори до акумуляторів. При цьому суперконденсатори можуть віддавати велику потужність за більш короткий час і мати дуже і дуже великий ресурс. Необхідно тільки знайти такі матеріали, для чого вченим необхідні точні знання механізмів накопичення заряду в суперконденсаторах.
Оскільки краще один раз побачити, чим раз по раз будувати здогадки про відбуваються в обкладках суперконденсаторів процесах, група вчених з Массачусетського технологічного інституту скористалася реактором HFIR як джерелом нейтронів. Нейтрони не мають заряду і глибоко проникають у пористий матеріал, де взаємодіють з іонами і малюють всю картину хімічних процесів у суперконденсаторі.
У конкретному досвіді вчені з MIT вивчали хімічні процеси в новій метал-органічній каркасній структурі (MOF), яку вони запропонували для електродів перспективного суперконденсатора. Надзвичайно пориста структура MOF дозволяє накопичувати потужний заряд (багато іонів), що робить MOF-матеріали перспективними для створення потужних тягових акумуляторів для електромобілів.
Як електроліт для експерименту було створено розчин на основі трифлату натрію. Опромінення MOF з просоченням електролітом потоком нейтронів з реактора HFIR показало цікаву картину. До подачі живлення на електроди молекули розчинника з електроліту вільно проникають в пори MOF, тоді як іони натрію в електроліті утворюють тонкий шар на каркасі MOF (див. перше зображення). Додаток до електродів напруги змушував іони проникати в пори каркасного матеріалу, а від полярності залежало те, які саме іони проникають в пори: іони натрію або іони трифлату.
Експеримент не тільки прояснив механізми хімічних і фізичних процесів у суперконденсаторі, але також підтвердив високі характеристики нового MOF-матеріалу як перспективного для майбутніх суперконденсаторів: це хороша електропровідність, втрата тільки 10% ємності після 10 тис. циклів заряду/розряду, а також низький внутрішній опір, що натякає на хорошу довговічність для майбутніх комерційних застосувань.
