Існує накопичувач електроенергії, який за всіма, окрім одного, параметрами краще звичних нам хімічних акумуляторів. Цей накопичувач – конденсатор. Нещодавно дослідники Вашингтонського університету в Сент-Луїсі представили новаторську конструкцію конденсатора, яка, схоже, може подолати ці проблеми накопичення енергії і зробити його конкурентом акумуляторів.
Конденсатор є майже ідеальним накопичувачем електроенергії. Він майже миттєво заряджається (хімічні акумулятори руйнуються при перевищенні швидкості заряджання). Конденсатор віддає величезну потужність миттєво (акумулятори руйнуються при розряджанні великим струмом). Конденсатор мільйонний ресурс циклів заряджання-розряджання (літієві акумулятори мають 300-1000 циклів). Конденсатор працює та заряджається в спеку та холод (літій-іонні акумулятори заряджаються лише при температурі від 0 до +30 градусів Цельсію).
Але у коденсаторів є один недолік, який не дозволяє їм замінити акумулятори. Конденсатори мають мізерну ємність. Акумулятор телефона здатний запасати стільки ж енергії, як батарея конденсаторів розміром приблизно з невеликий холодильник.
У дослідженні, опублікованому в Science, провідний автор Санг-Хун Бе, доцент кафедри машинобудування та матеріалознавства, демонструє нову гетероструктуру, яка дозволяє конденсаторам зберігати більше енергії та швидко заряджатися без шкоди для довговічності.
Шляхом поєднання 2D- і 3D-матеріалів у атомарно тонкі шари, використовуючи хімічні та нехімічні зв’язки між кожним шаром. Він каже, що тонке 3D-ядро вставляється між двома зовнішніми 2D-шарами, утворюючи стопку товщиною лише 30 нанометрів, тобто приблизно 1/10 товщини середньої вірусної частинки.
Сендвіч-структура не є повністю провідною або непровідною. Таким чином, цей напівпровідниковий матеріал дозволяє накопичувати енергію з щільністю, що в 19 разів перевищує щільність наявних у продажу сегнетоелектричних конденсаторів, і при цьому досягається 90-відсотковий ККД — також краще, ніж те, що зараз доступно.
Дослідницька група продовжуватиме оптимізувати структуру матеріалу, щоб забезпечити надшвидке заряджання та розряджання з новою високою щільністю енергії.
