Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin

Kalifornian yliopiston San Diegon ja CEA-Letin tutkijat ovat kehittäneet pietsosähköiseen DC-DC-muuntimen, jossa yhdistyvät kaikki virtakytkimet yhdeksi tehotiheyden lisääväksi siruksi.

Tämä uusi tehomuunnostopologia yhdistää pietsosähköisten muuntimien edut kapasitiivisiin DC-DC-muuntimiin.

Ryhmän kehittämät tehomuuntimet ovat paljon pienempiä kuin tähän tehtävään tällä hetkellä käytetyt tilaa vievät induktorit. Näin kehitettyjä muuntimia voitaisiin käyttää kaikenlaiseen DC-DC-muunnokseen, älypuhelimista tietokoneisiin, palvelinfarmiin ja AR/VR-kuulokkeisiin.

"Kaksipuolinen sarja/rinnakkaispietsosähköinen resonaattori (DSPPR) on ensimmäinen mikropiiri, jota käytetään pietsoresonanssiperustaiseen tehomuunnokseen. Tämä innovatiivinen lähestymistapa parantaa suorituskykyä varsinkin matalilla jännitteen muuntosuhteilla - alueella, jolla aikaisemmat työt kamppailivat ylläpitääkseen sekä korkeaa tehokkuutta että optimaalista pietsosähköisten materiaalien käyttöä", sanoo professori Patrick Mercier.

Edelleen kapasitiivisten lisämuunninten lisäys, sekä ennen pietsosähköistä DC-DC-muunninta että sen jälkeen, parantavat suorituskykyä. Tämä strateginen integraatio vähentää pietsosähköisten materiaalien kysyntää, mikä johtaa kompaktimpaan muuntimeen, jolla on huomattavasti pienempi kokonaistilavuus toteavat tutkijat tiedotteessaan.

MIT:n tutkijat ovat taasen kehittäneet solenoidin kolmiulotteisen spiraalin tuottavan rakenteen kerrostamalla materiaalia pehmeän magneettisydämen ympärille, jolloin johtavat kerrokset erotetaan ohuilla eristekerroksilla.

Solenoidi käsitti kahdeksan kerrosta mikä lisää kelojen määrää solenoidissa ja parantaa magneettikentän vahvistusta. Printatut solenoidit pystyivät tuottamaan magneettikentän, joka oli noin kolme kertaa suurempi kuin mitä muut 3D-tulostetut laitteet voivat saavuttaa.

Kiinalaiset tutkijat ovat puolestaan kehittäneet 3D-tulostusprosessia, jonka avulla voidaan rakentaa kehittyneitä grafeenisia mikrokokoisia superkondensaattoreita joita voi hyödyntää saumattomalla integroitavuudella.

Näin saavutus voittaa vallitsevat valmistusrajoitukset ja tuo lähemmäksi sirulla olevia mikrosuperkondenaattoreiden ryhmiä, jotka ovat välttämättömiä esimerkiksi seuraavan sukupolven puettavien laitteiden aallolle.

Näiden äärimmäisen pienen 0,025 cm2:n tekninen jalanjälki tuottaa poikkeuksellisen suuren pintakapasitanssin 4900 mF cm-2 ja tilavuuskapasitanssin 195,6 F cm-3.

Tutkimustyö esittelee innovatiivisen ratkaisun korkean suorituskyvyn lisäainevapaan grafeenimusteen käsittelyyn ja 3D-tulostettujen monoliittisesti integroitujen mikrosuperkondensaattoreiden laajamittaisen tuotannon toteuttamiseen tasomaiseen energian varastointiin.

Aiheista aiemmin:

Orgaanista tehoelektroniikkaa

Induktanssi uusiksi

Hengittävä superkondensaattori