Полимерные конденсаторы предназначены для быстрых выбросов энергии, а не для длительного хранения. В отличие от батарей, которые медленно высвобождают энергию через химические реакции, конденсаторы заряжаются и разряжаются мгновенно, стабилизируя напряжение, поддерживая силовую электронику и обеспечивая внезапные скачки электричества — например, в фотовспышках или медицинских дефибрилляторах.

Однако при температуре более 100 градусов Цельсия большинство коммерческих полимерных конденсаторов начинают разрушаться, что ограничивает их применение в экстремальных условиях. Команда из Университета штата Пенсильвания решила эту проблему, объединив два известных типа пластмассы — полиэфиримид (ПЭИ) и полиборофенилдиаммин (PBPDA) — в единый полимерный сплав, который самоорганизуется в стабильную наноструктуру.

При этом, как пишет IE, материалы не смешиваются полностью, формируя на наноуровне трехмерные интерфейсы. Эта самоорганизующаяся структура создает барьеры, блокирующие утечку подвижных зарядов, что позволяет достичь как высокой плотности энергии, так и высокой температурной устойчивости — сочетания, которое прежде трудно было добиться в одном диэлектрическом полимере.

В результате был получен материал с диэлектрической проницаемостью 13,5, тогда как по-отдельности у компонентов этот показатель не достигает и четырех. Еще более значимо то, что материал сохраняет эту производительность в диапазоне от -100 до 250°C.

«Полимерные конденсаторы могут сдерживать прогресс полноценных систем для электромобилей, центров обработки данных, освоения космоса и многого другого, — сказал Ли Ли, соавтор исследования. — Обычные полимерные конденсаторы нуждаются в охлаждении для работы. Наш подход решает эту проблему, обеспечивая четырехкратное увеличение мощности — или ту же мощность в устройстве в четыре раза меньшего размера».

Оба исходных материала недороги и широко доступны, а производство пленок требует простого технологического процесса, что облегчает масштабирование. Команда подала патентную заявку и работает над коммерциализацией технологии.

Исследовательская группа японских ученых пару лет назад собрала из нанолистов диэлектрический конденсатор с наивысшим на тот момент показателем накопления энергии.