Läpimurto keraamisissa kondensaattoreissa

Pienet palakondensaattorit ovat nykyisin keskeisiä tekijöitä kannettavassa elektroniikassa, tietokonejärjestelmissä ja jopa sähköautoissa.

Toisin kuin paristot, jotka tarjoavat suuren tallennuskapasiteetin mutta hitaan energian toimituksen, kondensaattorit tarjoavat nopean purun mutta huonon varastointikapasiteetin.

Tätä tilannetta korjaa ns superkondensaattorit mutta paljon työtä on tehty myös dielektristen kondensaattorien puutteellisen energiatiheyden parantamiseksi. Nykyisin ne perustuvat kahden johtavan tasaisen metallilevyn välissä olevaan eristemateriaalin.

Nyt ryhmä tutkijoita Delawaren yliopistosta ja Kiinan tiedeakatemiasta ovat käyttäneet onnistuneesti nanoteknologiaa tämän tavoitteen saavuttamiseksi.

Kyseessä on ensimmäinen kerta kun palakondensaattorissa hyödynnetään kolmiulotteista nanomittakaavan lomittaisten elektrodien rakennetta. Hiilinanoputkiin perustuvat elektrodit uppoavat tarkasti muokattuun huokoiseen alumiinioksidiseen (AI2O3) välieristeeseen.

Lomittainen rakenne vähentää dramaattisesti vastakkaisten elektrodien etäisyyttä ja siksi lisää kondensaattorin kykyä varastoida sähkövarausta.

Hiilinanoputkien suuri pinta-ala suhteessa niiden kokoon ja alumiinioksidin suuri ominaispinta-ala tarjoaa suuren kapasitanssin. Lisäksi yhtenäiset huokosseinämät ja puolipallon muotoiset estekerrokset parantavat läpilyöntijännitteen arvoa.

Uudenlainen rakenne tuotti tutkijoille energiatiheydeksi noin kaksi wattituntia kiloa kohti, mikä lähestyy jo superkondensaattorien arvoja. Tutkija odottavat sille löytyvän sovelluksia, jotka vaativat suuria energiatiheyden varastointia, kuten lisävaruste virtalähteet ja hybridit sähköjärjestelmät.