Существует накопитель электроэнергии, который по всем, кроме одного, параметрам лучше привычных нам химических аккумуляторов. Этот накопитель – конденсатор. Недавно исследователи Вашингтонского университета в Сент-Луисе представили новаторскую конструкцию конденсатора, которая, похоже, может справиться с этими проблемами накопления энергии и сделать его конкурентом аккумуляторов.
Конденсатор является практически безупречным накопителем электроэнергии. Он почти мгновенно заряжается (химические аккумуляторы разрушаются при превышении скорости подзарядки). Конденсатор отдает огромную мощность мгновенно (аккумуляторы разрушаются при разрядке большим током). Конденсатор миллионный ресурс циклов зарядки-разрядки (литиевые аккумуляторы имеют 300-1000 циклов). Конденсатор работает и заряжается в жару и холод (литий-ионные аккумуляторы заряжаются только при температуре от 0 до +30 градусов Цельсия).
Но у коденсаторов есть один недостаток, не позволяющий им заменить аккумуляторы. Конденсаторы имеют скудную емкость. Аккумулятор телефона способен запасать столько же энергии, как батарея конденсаторов размером примерно с небольшой холодильник.
В исследовании, опубликованном в Science, ведущий автор Санг-Хун Бе, доцент кафедры машиностроения и материаловедения, демонстрирует новую гетероструктуру, позволяющую конденсаторам сохранять больше энергии и быстро заряжаться без ущерба для долговечности.
Путем сочетания 2D и 3D материалов в атомарно тонкие слои, используя химические и нехимические связи между каждым слоем. Он говорит, что тонкое 3D-ядро вставляется между двумя внешними 2D-слоями, образуя стопку толщиной всего 30 нанометров, то есть примерно 1/10 толщины средней вирусной частицы.
Сэндвич-структура не полностью ведущая или непроводящая. Таким образом, этот полупроводниковый материал позволяет накапливать энергию с плотностью, что в 19 раз превышает плотность имеющихся в продаже сегнетоэлектрических конденсаторов, и при этом достигается 90-процентный КПД – также лучше, чем то, что сейчас доступно.
Исследовательская группа будет продолжать оптимизировать структуру материала, чтобы обеспечить сверхбыструю зарядку и разрядку с новой высокой плотностью энергии.
