Растущий запрос общества на высоковольтные электротехнологии, включая импульсные энергосистемы, электрифицированные автомобили и самолеты, а также возобновляемые источники энергии, требует новых конденсаторов следующего поколения. Научные исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Scripps Research создали новый полимерный конденсатор, способный обрабатывать рекордные энергетические объемы в экстремальных условиях. Этот новый материал основан на химической реакции следующего поколения, за которую ученые получили Нобелевскую премию по химии в 2022 году.
Полимерные пленочные конденсаторы — это электрические компоненты, которые могут хранить и выделять энергию в электрических полях, используя тонкий слой пластика в качестве диэлектрического материала. Они составляют около половины мирового рынка высоковольтных конденсаторов и обладают такими преимуществами, как легкий вес, низкая стоимость и надежность при многократном использовании. Однако с повышением температуры и напряжения производительность современных полимерных пленочных конденсаторов снижается. Создание новых материалов с улучшенной устойчивостью к теплу и электрическим полям становится ключевой задачей.
Этот новый полимерный конденсатор должен не только оставаться стабильным при высоких температурах, но и быть прочным диэлектрическим материалом, то есть сохранять свои изоляционные свойства при высоких напряжениях. Существует несколько материалов, обладающих либо термической стабильностью, либо диэлектрической прочностью, но не оба сразу. Эта проблема решается с использованием новой химической реакции, названной реакцией обмена серы и фтора (SuFEx). Эта реакция была разработана несколько лет назад и позволяет создавать полимеры с уникальными свойствами.
Сотрудничество между исследователями из Молекулярного литейного завода и Scripps Research позволило разработать новый полимерный материал. Они использовали простую и эффективную химическую реакцию, которая позволяет создавать длинные полимерные цепочки сульфата. Эта реакция была первоначально разработана К. Барри Шарплессом, лауреатом Нобелевской премии по химии, и другими исследователями. Эти новые полимеры обладают уникальными свойствами, обеспечивающими баланс между электрическими, термическими и механическими характеристиками.
Эти новые полисульфатные материалы представляют собой потенциальных претендентов на звание современных диэлектриков. После решения проблем в процессе масштабного производства тонкопленочных материалов, они могут существенно улучшить эффективность энергопотребления в интегрированных энергетических системах, таких как электромобили, и повысить надежность их работы.
