Случайное открытие привело к созданию необычного конденсатора

Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе сообщили о том, что в ходе опытов создали конденсатор заряжающаяся значительно эффективнее всех существующих.

Случайное открытие привело к созданию необычного конденсатора

Недавно журнал Science опубликовал статью от исследователей Маккелви Инженерной Школы при Вашингтонском Университете в Сент-Луисе, посвященную гетерогенным тонкопленочным структурам для конденсаторов. В ходе работы с сегнетоэлектриками, ученые случайно создали конденсатор с плотностью энергии в 19 раз выше, чем у обычных элементов. Фактически, они разработали аккумулятор с невероятной способностью к быстрой зарядке, что отсутствует у современных батарей.

Конденсаторы являются ключевыми элементами подсистем питания и стабилизации в схемах. В современных смартфонах может быть до 500 конденсаторов, а в ноутбуках — до 800 и более. Во всех случаях конденсаторы служат элементами, способными быстро разряжаться и заряжаться, в отличие от аккумуляторов. Аккумуляторы, в свою очередь, отличаются высокой плотностью энергии. Ученые давно стремились найти компромисс — аккумулятор с высокой плотностью и возможностью быстрой зарядки и разрядки, но при этом долговечный и способный выдерживать множество циклов. Похоже, ученые из США приблизились к созданию такого аккумулятора.

При экспериментах с гетероструктурами на основе титаната бария (BaTiO3) — своего рода перовскита — была обнаружена "новая физика", как выразились исследователи. В ходе исследования ученым удалось управлять временем разряда (релаксации) сегнетоэлектрического конденсатора. Эта возможность проявилась случайно при изучении сочетания двумерных и трехмерных материалов в комбинации 2D/3D/2D2 или "бутерброд" Au/MoS2/BaTiO3/MoS2/Au. Сердцевина из титаната бария, окруженная двумя атомарно тонкими слоями, образует слой всего 30 нм толщиной. Точно настроенные химические и нехимические связи, а также зазоры между слоями, стали ключом к контролю времени разряда конденсатора-аккумулятора.

Благодаря сохранению кристалличности 3D-сегнетоэлектрика и минимизации потерь энергии, ученым удалось достичь плотности хранения энергии в этой многослойной гетерогенной структуре на уровне 191,7 Дж/см3 при КПД более 90%. Точный контроль времени разряда открывает перспективы для широкого спектра применений и потенциально может ускорить разработку высокоэффективных систем хранения энергии.

Ведущий автор работы Санг-Хун Бей (Sang-Hoon Bae), сказал:

Мы создали новую структуру, основанную на инновациях, которые мы уже внедрили в нашей лаборатории с использованием 2D-материалов. Изначально мы не были сосредоточены на накоплении энергии, но в ходе нашего исследования свойств материалов мы обнаружили новое физическое явление, которое, как мы поняли, может быть применено для накопления энергии, и которое было одновременно очень интересным и потенциально гораздо более полезным.

Ученые обнаружили, что время релаксации диэлектрика может регулироваться или индуцироваться очень небольшим зазором в структуре материала. Это новое физическое явление — то, с чем ученые раньше не сталкивались. Это позволяет нам манипулировать диэлектрическим материалом таким образом, чтобы он не поляризовался и не терял способность заряжаться.

Ученые признают, что предстоит много работы по оптимизации материала, но уже на текущем этапе исследования превосходят результаты других лабораторий. Поэтому они видят большие перспективы в новом "электронном материале", как они назвали свое изобретение.

Читайте также

Amazon потеряла $1,8 млн из-за ошибки при внедрении ИИ

Amazon потеряла $1,8 млн из-за ошибки при внедрении ИИ

Китай запустил производство собственных DUV-литографов, но ASML пока сохраняет технологическое лидерство

Китай запустил производство собственных DUV-литографов, но ASML пока сохраняет технологическое лидерство

Российские спутники «Луч» почти втрое увеличили передачу сигналов бедствия в системе КОСПАС-САРСАТ

Российские спутники «Луч» почти втрое увеличили передачу сигналов бедствия в системе КОСПАС-САРСАТ

Китайские ученые научились подзаряжать дроны лазером прямо во время полета

Китайские ученые научились подзаряжать дроны лазером прямо во время полета

Международные эксперты подтвердили высокий уровень безопасности плавучей АЭС «Академик Ломоносов»

Международные эксперты подтвердили высокий уровень безопасности плавучей АЭС «Академик Ломоносов»

Российские ученые создали тест на рак полости рта по анализу слюны

Российские ученые создали тест на рак полости рта по анализу слюны

Гибридный ветрогенератор работает даже при слабом ветре

Гибридный ветрогенератор работает даже при слабом ветре

Huawei представила процессоры Kirin XE90 и Kirin X90 Plus для ПК с HarmonyOS

Huawei представила процессоры Kirin XE90 и Kirin X90 Plus для ПК с HarmonyOS

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Возможно ли клонировать неандертальца? Мифы, технологические возможности и биоэтика

Возможно ли клонировать неандертальца? Мифы, технологические возможности и биоэтика

Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земле. И это не преувеличение

Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земле. И это не преувеличение

Новое исследование говорит, что экстремальные солнечные бури могут быть вдвое опаснее для Земли

Новое исследование говорит, что экстремальные солнечные бури могут быть вдвое опаснее для Земли

Кардиологи назвали безопасную норму кофеина и предупредили об опасности энергетиков

Кардиологи назвали безопасную норму кофеина и предупредили об опасности энергетиков

Астрономы обнаружили первый трехлопастный астероид — у него также нашли собственный спутник

Астрономы обнаружили первый трехлопастный астероид — у него также нашли собственный спутник

Спасательная миссия NASA оказалась под угрозой: аппарат LINK потерял управление после запуска

Спасательная миссия NASA оказалась под угрозой: аппарат LINK потерял управление после запуска