Согласно недавнему исследованию, группа исследователей недавно разработала передовую технологию, которая позволит диэлектрическим конденсаторам хранить значительно большие уровни энергии с использованием трехмерных характеристик.
«Благодаря нашему подходу мы достигли плотности энергии около двух ватт на килограмм, что значительно выше, чем у других диэлектрических конденсаторных структур, описанных в литературе», — сказал Бинцин Вэй, исследователь, профессор машиностроения в Университете Делавэра.
Конденсаторы являются ключевыми элементами многих портативных электронных устройств, вычислительных систем и электромобилей; в некоторых отношениях они похожи на батареи. Несмотря на то, что конденсаторы и батареи работают по-разному, и те, и другие накапливают электроэнергию. Батареи обладают высокой ёмкостью, но медленно отдают энергию, в то время как конденсаторы обеспечивают быструю отдачу, но низкую ёмкость.
В своем новом исследовании ученые используют нанотехнологии для повышения плотности энергии диэлектрических конденсаторов, для чего используется изолирующий материал, помещенный между двумя проводящими металлическими пластинами.
«Насколько нам известно, это первый случай практической реализации трёхмерных наноразмерных встречно-штыревых электродов», — сказал Вэй. «Благодаря большой площади поверхности относительно размера, углеродные нанотрубки, встроенные в уникально спроектированные и структурированные трёхмерные структуры, позволили нам решить проблему низкой способности диэлектрических конденсаторов накапливать энергию».
Чтобы новый конденсатор работал, исследователи использовали встречно-пальцевую конструкцию, похожую на переплетенные пальцы двух рук в «перчатках», что значительно уменьшает расстояние между противоположными электродами (проводниками электричества) и увеличивает способность конденсатора хранить электрический заряд.
Кроме того, новая особенность конденсатора – трёхмерный наноэлектрод – имеет высокое напряжение пробоя. Поэтому, по словам исследователей, интегрированный диэлектрический материал (оксид алюминия, Al2O3) не так легко выходит из строя, выполняя свою функцию изолятора.
«В отличие от предыдущих версий, мы ожидаем, что наши новые структурированные диэлектрические конденсаторы будут более подходящими для полевых применений, требующих хранения высокой плотности энергии, таких как вспомогательные источники питания и гибридные системы питания», — сказал Вэй.