O nouă structură de material ar putea revoluționa stocarea energiei, permițând condensatorilor din vehiculele sau dispozitivele electrice să stocheze energie pentru mult mai mult timp, spun oamenii de știință.
Cercetătorii au dezvoltat condensatori din noi „heterostructuri” cu o proprietate nouă care reduce viteza cu care energia se disipează fără a le afecta capacitatea de a se încărca rapid.
Noua descoperire – despre care oamenii de știință spun că a fost neintenționată și se bazează pe lucrări electronice noi – ar putea fi fundația pentru o durată de viață mai bună a bateriei pe dispozitivele de consum, cum ar fi laptopurile sau smartphone-urile, precum și pentru o mai mare flexibilitate în stocarea energiei la scară de rețea. Oamenii de știință și-au descris descoperirile într-un studiu publicat pe 18 aprilie în jurnal Ştiinţă.
In timp ce baterii pot stoca energie pentru o perioadă lungă de timp, au nevoie de mult timp pentru a încărca și descărca electricitatea. Aici intervin condensatorii – ei stochează electricitatea într-un câmp electric care poate fi încărcat și descărcat rapid pentru acces rapid la energie, după cum este necesar.
Smartphone-urile, de exemplu, folosesc în general energie de la baterie, dar primesc energie de la condensatori atunci când este nevoie de energie într-o explozie scurtă – cum ar fi pentru un blițul camerei. Fiecare smartphone are de obicei sute de condensatoare.
Legate de: Această baterie radioactivă minusculă poate dura 50 de ani fără reîncărcare – și vine în 2025
Unii condensatori folosesc materiale feroelectrice pentru a stoca energie. Aceste materiale sunt polarizate în mod natural, ceea ce poate fi inversat prin aplicarea unei tensiuni. Când polarizarea este inversată, aceasta rămâne în condensator ca „memorie”, chiar și după ce tensiunea este îndepărtată.
Aplicarea puterii inversează polarizarea acestor materiale și pot menține această polarizare chiar și după ce puterea a fost îndepărtată. Cu toate acestea, în general, ele păstrează slab energia pe perioade mai lungi în comparație cu bateriile.
Noua structură se află într-un echilibru fizic și chimic între conductivitate și neconductivitate, permițându-i să rețină mai eficient energia. Din întâmplare, cercetătorii au descoperit că un mic decalaj în miez crește timpul de relaxare – un termen folosit pentru a descrie perioada în care condensatorul își pierde încărcarea.
În fiecare dintre heterostructuri, materialele 2D și 3D sunt stratificate ca foi de paste într-o lasagna la nivel atomic, cu legături chimice și nechimice între fiecare strat. Grosimea maximă a structurii totale sau este de doar 30 de nanometri – de aproximativ 30.000 de ori mai subțire decât un păr uman.
Cercetătorii au spus că tehnologia ar putea furniza o densitate de energie de până la 19 ori mai mare decât condensatoarele actuale. Echipa a raportat și o eficiență de peste 90%, un rezultat remarcabil în domeniu. Eficiența comparabilă pentru noii condensatori feroelectrici este de 86,95%, potrivit cercetărilor publicate în iulie 2023 în jurnal. Materiale.
„Am descoperit că timpul de relaxare dielectrică poate fi modulat sau indus de un decalaj foarte mic în structura materialului”, a spus Sang-Hoon Baeprofesor asistent de inginerie mecanică și știință a materialelor la Universitatea Washington, în a afirmație. „Acest nou fenomen fizic este ceva ce nu am mai văzut înainte. Ne permite să manipulăm materialul dielectric în așa fel încât să nu se polarizeze și să nu piardă capacitatea de încărcare”.
Dacă este reprodusă la scară, structura ar putea schimba modul în care stocăm și accesăm energie, deoarece ar permite accesul la energie foarte rapid la cerere, fără a sacrifica stabilitatea stocării pe termen lung. Cu densități mai mari de energie, condensatoarele de generație următoare ar putea permite o utilizare mai mare a condensatoarelor de încărcare rapidă pentru dispozitivele care necesită stocare pe termen lung, cum ar fi vehiculele electrice. Condensatorii ar putea oferi, de asemenea, energie rapidă, la cerere, pentru rețea sau utilizări industriale private.