Hitech logo

Чистая энергия

Новая нанотехнология повышает производительность конденсаторов

TODO:
Георгий Голованов6 июля, 09:25

Для того, чтобы солнечная или ветровая энергетика становилась более эффективными, а электрический транспорт — популярнее, необходимы инновации в технологии аккумулирования энергии. Современные методы вроде литий-ионных батарей не идеальны: они долго заряжаются, а проблемы с электролитом снижают срок службы. Одной из альтернатив считаются диэлектрические конденсаторы. Исследовательская группа японских ученых собрала из нанолистов устройство с наивысшим показателем накопления энергии из созданных до сих пор.

Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

Конденсаторы состоят из тонких слоев металлических электродов, разделенных диэлектрической пленкой. Диэлектрики накапливают энергии в результате процесса поляризации. Когда на конденсатор воздействует электрическое поле, положительные заряды движутся к отрицательному электроду, а отрицательные — к положительному. Накопление электрической энергии зависит от поляризации диэлектрической пленки под действием внешнего электрического поля.

Диэлектрические конденсаторы имеют множество преимуществ, например, заряжаются за пару секунд, долго служат и обладают высокой плотностью энерговыделения. Однако плотность энергии современных диэлектриков существенно ниже современных потребностей. Это не позволяет им соперничать с другими типами накопителей энергии, пишет EurekAlert.

Ключ к решению этой проблемы — воздействие на диэлектрический материал как можно более сильным электрическим полем. Для того чтобы найти материал, способный работать с таким полем, ученые использовали слои нанопленки из кальция, соды, ниобия и кислорода с перовскитовой кристаллической структурой. Она характерна превосходными диэлектрическими свойствами, в частности, высокой поляризацией.

Результаты экспериментов показали, что такая конструкция выдерживает достаточно высокие электрические поля и преобразует их в электростатическую энергию без потерь, достигая наивысшей плотности энергии из зарегистрированных — на 1-2 порядка выше, чем у имеющихся аналогов.

Кроме того, диэлектрические наноконденсаторы они сохраняют стабильность на протяжении множества циклов и продолжают надежно работать при температуре до 300 °C.

Британские физики первыми создали в 2020 году «спиновой конденсатор», способный генерировать и сохранять спиновое состояние электронов в течение нескольких часов. Это открытие позволит разработать новое поколение электроники, требующее меньше энергии и вырабатывающее меньше тепла.