Батареї заряджатимуться ще швидше: вчені зібрали унікальний "сендвіч" із нанолистів

Дослідницька група з Нагойського університетом в Японії та колег з інших університетів, застосувала інноваційну технологію нанолистів для створення діелектричного конденсатора, який повинен зіграти ключову роль в удосконаленні акумуляторів, повідомляє SciTechDaily. Цей діелектричний конденсатор може похвалитися найвищою щільністю накопичення енергії з коли-небудь зареєстрованих. Інші корисні функції враховують швидкий час зарядки, високу продуктивність, довговічність і чудову стійкість до високих температур, обіцяють вчені, опублікувавши результати своєї роботи.

У чому суть розробки вчених

У сьогоднішньому світі, який прагне до майбутнього без вуглецевих викидів, щільність енергії, що зберігається, і швидкість зарядки акумуляторів є основним пріоритетом. Наявні технології, такі як літій-іонні батареї, мають свої обмеження. До них належать тривалий час зарядки і такі проблеми, як деградація електроліту, скорочення терміну служби і навіть ризик самозаймання.

Тому перспективу літій-іонним батареям вчені бачать в особливих діелектричних конденсаторах для накопичення енергії. Ці конденсатори мають сендвіч-подібну структуру, що складається з двох металевих електродів, розділених суцільною діелектричною плівкою. Діелектрики, матеріали, які накопичують енергію за допомогою фізичного механізму зміщення заряду, відомого як поляризація. Коли до конденсатора прикладається електричне поле, позитивні та негативні заряди притягуються до протилежних електродів, сприяючи накопиченню електричної енергії.

"Діелектричні конденсатори мають багато переваг, як-от короткий час заряджання лише за кілька секунд, довгий термін служби і висока питома потужність", — кажуть дослідники. Однак щільність енергії сучасних діелектриків значно нижча, ніж зростаючі потреби в електроенергії, що передбачає необхідність удосконалення.

Як ученим вдалося досягти прориву

Енергія, яку запасли в діелектричному конденсаторі, пов'язана з величиною поляризації. Отже, висока щільність енергії може бути досягнута шляхом застосування максимально можливого електричного поля до матеріалу з високою діелектричною проникністю. Наявні матеріали, однак, обмежені їхньою місткістю електричного поля. Щоб перевершити це, група використовувала нанолисти, що складаються з кальцію, натрію, ніобію і кисню з кристалічною структурою перовськіту.

"Структура перовськіту відома як найкраща структура для сегнетоелектриків, оскільки вона має чудові діелектричні властивості, такі як висока поляризація", — пояснює керівник групи Мінору Осада. "Ми з'ясували, що, використовуючи цю властивість, сильне електричне поле можна прикладати до діелектричних матеріалів з високою поляризацією і без втрат перетворювати на електростатичну енергію, досягаючи найвищої щільності енергії з коли-небудь зареєстрованих".

Нанолистові діелектричні конденсатори показали щільність енергії на 1-2 порядки вищу, ніж у їхніх попередників, при збереженні такої ж високої вихідної щільності. Дивно, але діелектричний конденсатор на основі нанолистів досяг високої щільності енергії, яка зберігала свою стабільність протягом декількох циклів використання і залишалася стабільною навіть при високих температурах до 300°C.

Дослідники впевнені, що їхня розробка особливих конденсаторів буде корисною в багатьох механізмах імпульсного розряду і силової електроніки. Крім гібридних електромобілів, вони також будуть корисні в потужних прискорювачах і потужних мікрохвильових пристроях.

Раніше Фокус розповідав, що в США будують гігантську батарею, що працює на іржі. Розробники кажуть, що її ресурсу вистачить "на століття".