Изображение: @Sang-Hoon Bae
Группа исследователей из инженерной школы Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе под руководством профессора Санг-Хуна Бея случайно сделала важное открытие в области накопления электроэнергии. Изучая гетерогенные тонкопленочные структуры на основе сегнетоэлектриков, ученые получили конденсатор, плотность энергии в котором в 19 раз превышает показатели традиционных конденсаторов.
По сути, это означает приближение к созданию долгожданных сверхъемких аккумуляторов нового поколения, способных мгновенно заряжаться и имеющих колоссальный ресурс рабочих циклов.
Известно, что конденсаторы являются критически важными компонентами современной электроники. Например, в смартфонах их насчитывается до 500 штук, а в ноутбуках до 800. Они выполняют функции стабилизации напряжения и обеспечения бесперебойного энергоснабжения. В отличие от аккумуляторов, конденсаторы способны за доли секунды заряжаться и разряжаться. Однако по емкости они сильно уступают аккумуляторам.
Именно поэтому ученые давно пытаются создать гибридное устройство, сочетающее высокую емкость аккумулятора и скорость зарядки конденсатора. И новое открытие профессора Бея, похоже, является прорывом в этом направлении.
При исследовании многослойных структур 2D/3D/2D на основе титаната бария и дисульфида молибдена толщиной всего 30 нанометров ученые обнаружили ранее неизвестный физический эффект, позволяющий точно контролировать время разрядки конденсатора. Благодаря оптимизации межслойных зазоров удалось добиться колоссальной для конденсатора удельной емкости в 191,7 Дж/см3 и КПД свыше 90%.
Как отметил Санг-Хун Бей, изначально они не ставили целью создание системы накопления энергии. Но их фундаментальные исследования привели к открытию нового физического явления, которое можно использовать для увеличения емкости конденсаторов. Ученые обнаружили, что, манипулируя межслойными зазорами в наноразмерных гетероструктурах, можно управлять временем разрядки диэлектрика, которое является качественно новым эффектом, открывающим перспективы для применения в высокоэффективных системах накопления заряда.
Конечно, для практического внедрения новой технологии потребуется длительная оптимизация материалов и техпроцессов. Но даже в нынешнем виде разработанный суперконденсатор по своим характеристикам превосходит все существующие аналоги.
