Переверне світ технологій. Новий матеріал зробив батареї у 19 разів кращими: як саме

Група дослідників з Інженерної школи МакКелві Вашингтонського університету в Сент-Луїсі (США) зробила відкриття, яке може докорінно змінити технології зберігання електроенергії. Подробиці розповіло видання Interesting Engineering.

Вчені заявляють, що створили електронний матеріал нового типу, який у майбутньому міг би задовольнити потребу в надшвидкому заряджанні/розряджанні та дуже високій щільності енергії конденсаторних батарей. Його особлива 2D/3D/2D-структура здатна балансувати між провідністю та непровідністю для досягнення оптимальних електричних властивостей зберігання енергії в напівпровідникових матеріалах. Завдяки такій конструкції вдалося збільшити щільність енергії в 19 разів, а ефективність роботи — на 90%, порівняно з іншими комерційно доступними сегнетоелектричними конденсаторами.

"Ми повинні зробити так, щоб ємність акумуляторів не знижувалася через повторювані зарядок/розрядок. Ми сподіваємося, що наш матеріал знайде широке застосування у великій і дрібній електроніці, такій як електромобілі та смартфони", — зазначили автори дослідження.

Відкриття може позитивно вплинути на розвиток виробництва смартфонів, ноутбуків, медичного обладнання, автомобільної електроніки, електромобілів і енергосховищ. Для цих технологій дуже важливими є можливості швидкого та ефективного заряджання і розряджання, і, схоже, такі можливості знайдено.

Справа в тому, що електростатичні конденсатори (електростатичний конденсатор — пристрій для накопичення заряду та енергії електричного поля, — ред.) мають вирішальне значення для зберігання енергії та живлення сучасних пристроїв — від смартфонів до промислового обладнання. Конденсатори, виготовлені з сегнетоелектричних матеріалів, уже використовуються для значного підвищення ефективності батарей. Однак є проблеми: через низку властивостей сегнетоелектричні конденсатори втрачають значну кількість енергії, що ускладнює досягнення високої ємності її зберігання. Вчені з кафедри машинобудування Інженерної школи МакКелві спробували знайти спосіб подолання цих обмежень. Сегнетоелектрик — матеріал, що має спонтанну поляризацію, орієнтацію якої можна змінити за допомогою зовнішнього електричного поля, — ред.

Вчені запропонували метод управління часом релаксації сегнетоелектричних конденсаторів з використанням 2D-матеріалів. Час релаксації належить до внутрішньої властивості матеріалу, що описує, скільки часу потрібно, щоб заряд розсіявся або розпався. Їхній метод об'єднав 2D- і 3D-матеріали, уклавши їх в атомарно тонкі шари з точно спроєктованими хімічними і нехімічними зв'язками між кожним шаром. Тонке 3D-ядро вставляється між двома зовнішніми 2D-шарами, утворюючи "стопку" товщиною 30 нанометрів.

"Ми створили нову структуру з використанням 2D-матеріалів. Спочатку ми не зосереджували свої зусилля на зберіганні енергії, але під час дослідження властивостей цього матеріалу ми виявили нове фізичне явище, яке, як ми зрозуміли, можна застосувати до зберігання енергії", — пояснили розробники.

Раніше ми писали, що китайська компанія DJI вперше випустила портативні електростанції. Моделі Power 1000 і Power 500 потужністю 1024 Втгод і 512 Втгод оснащені особливим портом — Smart DC. Це дає змогу під'єднувати до них найрізноманітніші гаджети і БПЛА.