Батареи будут заряжаться еще быстрее: ученые собрали уникальный "сэндвич" из нанолистов

Исследовательская группа из Нагойского университетом в Японии и коллег из других университетов, применила инновационную технологию нанолистов для создания диэлектрического конденсатора, который должен сыграть ключевую роль в усовершенствовании аккумуляторов, сообщает SciTechDaily. Этот диэлектрический конденсатор может похвастаться самой высокой плотностью накопления энергии из когда-либо зарегистрированных. Другие полезные функции включают быстрое время зарядки, высокую производительность, долговечность и превосходную устойчивость к высоким температурам, обещают ученые, опубликовав результаты своей работы.

В чем суть разработки ученых

В сегодняшнем мире, который стремиться к будущему без углеродных выбросов, плотность сохраняемой энергии и скорость зарядки аккумуляторов является основным приоритетом. Существующие технологии, такие как литий-ионные батареи, имеют свои ограничения. К ним относятся длительное время зарядки и такие проблемы, как деградация электролита, сокращение срока службы и даже риск самовозгорания.

Поэтому перспективу литий-ионным батареям ученые видят в особых диэлектрических конденсаторах для накопления энергии. Эти конденсаторы имеют сэндвич-образную структуру, состоящую из двух металлических электродов, разделенных сплошной диэлектрической пленкой. Диэлектрики, материалы, которые накапливают энергию посредством физического механизма смещения заряда, известного как поляризация. Когда к конденсатору прикладывается электрическое поле, положительные и отрицательные заряды притягиваются к противоположным электродам, способствуя накоплению электрической энергии.

"Диэлектрические конденсаторы имеют много преимуществ, таких как короткое время зарядки всего за несколько секунд, долгий срок службы и высокая удельная мощность", — говорят исследователи. Однако плотность энергии современных диэлектриков значительно ниже, чем растущие потребности в электроэнергии, что подразумевает необходимость усовершенствования.

Как ученым удалось достичь прорыва

Энергия, запасенная в диэлектрическом конденсаторе, связана с величиной поляризации. Следовательно, высокая плотность энергии может быть достигнута путем приложения максимально возможного электрического поля к материалу с высокой диэлектрической проницаемостью. Существующие материалы, однако, ограничены их емкостью электрического поля. Чтобы превзойти это, группа использовала нанолисты, состоящие из кальция, натрия, ниобия и кислорода с кристаллической структурой перовскита.

"Структура перовскита известна как лучшая структура для сегнетоэлектриков, поскольку она обладает превосходными диэлектрическими свойствами, такими как высокая поляризация", — объясняет руководитель группы Минору Осада. "Мы обнаружили, что, используя это свойство, сильное электрическое поле можно прикладывать к диэлектрическим материалам с высокой поляризацией и без потерь преобразовывать в электростатическую энергию, достигая самой высокой плотности энергии из когда-либо зарегистрированных".

Нанолистовые диэлектрические конденсаторы показали плотность энергии на 1-2 порядка выше, чем у их предшественников, при сохранении такой же высокой выходной плотности. Удивительно, но диэлектрический конденсатор на основе нанолистов достиг высокой плотности энергии, которая сохраняла свою стабильность в течение нескольких циклов использования и оставалась стабильной даже при высоких температурах до 300°C.

Исследователи уверены, что их разработка особых конденсаторов будет полезна во многих механизмах импульсного разряда и силовой электроники. Помимо гибридных электромобилей, они также будут полезны в мощных ускорителях и мощных микроволновых устройствах.

Ранее Фокус рассказывал, что в США строят гигантскую батарею, работающую на ржавчине. Разработчики говорят, что ее ресурса хватит "на века".