Kondensaattoreita vaikka mistä

Berkeley Lab ja useat yhteistyölaitokset ovat onnistuneesti käyttäneet koneoppimistekniikkaa nopeuttaakseen materiaalien löytämistä kalvokondensaattoreihin – sähköistyksen ja uusiutuvan energian teknologioiden keskeisiin komponentteihin.

Kalvokondensaattorien kysyntä korkean lämpötilan ja suuren tehonkäsittelyn sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa, sähkölentoliikenteessä, tehoelektroniikassa ja ilmailussa, on nopeasti kasvava. Kalvokondensaattorit ovat olennaisia komponentteja myös inverttereissä.

Sähköstaattiset kalvokondensaattorit koostuvat kahden johtavan metallilevyn välissä olevasta eristemateriaalista.

Polymeerit sopivat hyvin kalvokondensaattorien eristemateriaaliksi keveyden, joustavuuden ja sähkökenttien kestävyyden vuoksi. Polymeereillä on kuitenkin rajallinen kyky sietää korkeita lämpötiloja monissa sähköjärjestelmäsovelluksissa. Voimakas lämpö voi heikentää polymeerien eristysominaisuuksia ja saa ne heikkenemään.

Sopivan materiaalin löytämisen nopeuttamiseksi tutkimusryhmä kehitti ja koulutti joukon koneoppimismalleja, jotka tunnetaan nimellä feedforward neuroverkkoja, jotka seulovat lähes 49 700 polymeerin kirjaston optimaalisen ominaisuuksien yhdistelmän saamiseksi, mukaan lukien kyky kestää korkeita lämpötiloja ja voimakkaita sähkökenttiä ja korkea energian varastointitiheys sekä synteesin helppous.

Mallit tunnistivat kolme erityisen lupaavaa polymeeriä joista valmistettiin kalvokondensaattoreita ja tutkijat arvioivat sitten sekä polymeerit että kondensaattorit. Tiimi havaitsi, että niillä oli poikkeuksellinen sähköinen ja lämmönkeston suorituskyky.

Erityisesti yhdestä vaihtoehdosta valmistetut kondensaattorit osoittivat ennätyksellisen korkean lämmönkestävyyden, eristysominaisuuksien, energiatiheyden ja tehokkuuden yhdistelmän.

Myös superkondensaattorit ovat muodostumassa energiajärjestelmien kriittiseksi komponentiksi.

Kasvavaan kysyntään vastaamiseksi superkondensaattorit vaativat kuitenkin korkealaatuisia elektrodimateriaaleja, jotka tasapainottavat johtavuuden ja laajan pinta-alan – seikan, jossa monet tavanomaiset materiaalit jäävät vajaiksi.

Shanghain tiede- ja teknologiayliopiston ja Tongjin yliopiston tutkijat esittelivät innovatiivisen valmistusmenetelmän valmistaa typellä seostettua hierarkkisesti huokoista hiiltä (HPC:t) jäteöljystä.

"Käyttämällä jäteöljyä esiasteena emme ainoastaan kierrätä jätettä arvokkaaksi resurssiksi, vaan myös luomme superkondensaattorimateriaalia, jolla on poikkeukselliset sähkökemialliset ominaisuudet", sanoi hankkeen johtava tutkija tohtori Suyun Xu. "Lähestymistapamme optimoi huokosrakenteen ja käyttää typen seostusta superkondensaattorien suorituskyvyn parantamiseen, mikä avaa uusia mahdollisuuksia kestävään ja tehokkaaseen energian varastointiin."

Aiheista aiemmin:

Näin toimii koneoppiminen

Sähköisten polymeerien etsintä helpottuu

Hengittävä superkondensaattori