Entistä tehokkaampia dielektrisiä kondensaattoreita

Houstonin, Jackson Staten ja Howardin yliopistojen tutkijat ovat kehittäneet uudentyyppisen joustavan ja korkean energiatiheyden kondensaattorin.

Dielektriset kondensaattorit tunnetaan kyvystään purkaa suuria määriä energiaa nopeasti, mikä tekee niistä tärkeitä suuren hetkittäisen tehonkäytön sovelluksissa.

”Nykyiset dielektriset kondensaattorit eivät kuitenkaan varastoi yhtä paljon energiaa kuin esimerkiksi akut. Kondensaattorien suurempi tehotiheys tekee niistä kuitenkin houkuttelevampia moniin sovelluksiin akkuihin verrattuna ", sanoi Houstoni professori Alamgir Karim.

Tässä tutkimuksessa tutkijat suunnittelivat uudentyyppisen kondensaattorin käyttämällä kerrospolymeerejä, joissa oli suunnattuja 2D-nanotäyteaineita.

Tutkijat maksimoivat energian varastoinnin järjestämällä nämä materiaalit tiettyihin kerroksiin kondensaattorin suorituskyvyn parantamiseksi. Uusi kerrosmalli osoitti parempaa suorituskykyä korkeammalla energiatiheydellä ja -tehokkuudella kuin kondensaattorit, joissa on satunnaisesti sekoitettuja nanotäyteaineita.

Tutkijat saavuttivat erittäin korkean energiatiheyden, noin 75 J/cm³, mikä on korkein tähän mennessä raportoitu polymeerisen dielektrisen kondensaattorien arvo.

Tutkimusryhmä käytti materiaaleja, kuten kiillettä ja kuusikulmaista boorinitridiä (hBN), osoittaakseen tehokkuuden hallita 2D-nanolevyjen suuntausta sähköisten rikkoutumispolkujen estämisessä. Yllättäen havaittiin merkittäviä parannuksia dielektrisessä permittiivisyydessä jopa minimaalisella tilavuusosuudella (1 %) nanotäyteaineita.

Korkean energiatiheyden kondensaattoreilla on monia mahdollisia sovelluksia. Tutkijat kuvittelevat, että kondensaattoreita käytetään lopulta lääketieteellisissä laitteissa, kuten sydämentahdistimissa ja defibrillaattoreissa, sekä eri sovelluksissa elektroniikassa, sähköajoneuvoissa ja sähköjärjestelmissä.

Myös Twenten yliopiston tutkijat ovat hiljattain löytäneet tavan lisätä dielektrisien kondensaattorien varastointikykyä, tehokkuutta ja erityisesti ympäristöllistä kestävyysajattelua. He tutkivat lyijyttömiin relaksorimateriaaleihin BZT ja BST perustuvien monikerroksisten rakenteiden ferrosähköisiä ja energian varastointiominaisuuksia.

Siten myös tutkija Minh Duc Nguyen ja hänen kollegansa työskentelivät kondensaattorirakenteiden parissa, jossa hyödynnetään useita ohuita kerroksia eri materiaaleista. Lisäämällä erilaisia kerroksia he pystyivät nostamaan tehokkuuden yli 90 %:iin.

Kokeissaan tutkijat saavuttivat kaksi kertaa pienemmän energiahäviön verrattuna tavanomaisiin malleihin. Se toimii laajalla lämpötila-alueella 25–200 °C ja voi ladata ja purkaa jopa 10 miljardia kertaa. Näin se kestäisi toteuttaa työjakso kerran sekunnissa yli 300 vuoden ajan.

Aiheesta aiemmin:

Kesän aikana käännettyä

Tehokkaampia superkondensaattoreita