реклама
Новости Hardware

Учёные случайно создали конденсатор, который можно зарядить в 19 раз сильнее обычного

Недавно в журнале Science вышла статья авторов из инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, посвящённая исследованию гетерогенных тонкоплёночных структур для конденсаторов. Работая с сегнетоэлектриками, учёные случайно создали конденсатор с плотностью энергии в 19 раз выше, чем у обычных элементов. Фактически они разработали аккумулятор с фантастической способностью быстрой зарядки, чего не хватает современным батареям.

 Источник изображения: Sang-Hoon Bae

Источник изображения: Sang-Hoon Bae

Не секрет, что конденсаторы являются важнейшими элементами подсистем питания и стабилизации схем. В современных смартфонах может быть до 500 конденсаторов, а в ноутбуках — до 800 и более (колебательные контуры мы условно вынесем за скобки в данной статье, речь только о питании). Во всех случаях конденсаторы выступают как элементы, способные быстро разряжаться и заряжаться, чего не скажешь об аккумуляторах. Зато аккумуляторы отличаются высочайшей плотностью хранения энергии. Учёные давно пытаются найти золотую середину — высокоплотный аккумулятор с возможностью быстро заряжаться и разряжаться, но при этом оставаться целым и способным на множество циклов заряда. Похоже, учёные из США приблизились к открытию такого аккумулятора.

В ходе эксперимента с гетероструктурами на основе титаната бария (BaTiO3) — в некотором роде перовскита — была открыта «новая физика», как выразились учёные. В целом исследователи получили возможность управлять временем разряда (релаксации) сегнетоэлектрического конденсатора. Эта возможность случайно проявила себя при изучении комбинации двумерных и трёхмерных материалов в комбинации 2D/3D/2D2 или бутерброда Au/MoS2/BaTiO3/MoS2/Au. Сердцевина из титаната бария, окружённая двумя атомарно тонкими слоями, создаёт слой толщиной всего 30 нм или 1/10 обычного вируса. Точно подобранные химические и нехимические связи, а также зазоры между слоями стали тем ключом, который позволил получить контроль над временем разряда конденсатора-аккумулятора.

Благодаря сохранению кристалличности 3D-сегнетоэлектрика и минимизации потерь энергии, учёные смогли 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 накопления энергии.

«Мы создали новую структуру, основанную на инновациях, которые мы уже внедрили в нашей лаборатории с использованием 2D-материалов, — сказал ведущий автор работы Санг-Хун Бей (Sang-Hoon Bae). — 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».

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

Учёные не скрывают, что впереди будет долгая оптимизация материала, но даже на современном этапе разработка превышает достижения других лабораторий. Поэтому исследователи видят в новом «электронном материале», как они назвали своё решение, большие перспективы.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Вечерний 3DNews
Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
Материалы по теме
Прежде чем оставить комментарий, пожалуйста, ознакомьтесь с правилами комментирования. Оставляя комментарий, вы подтверждаете ваше согласие с данными правилами и осознаете возможную ответственность за их нарушение.
Все комментарии премодерируются.
Комментарии загружаются...
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Activision оставила Call of Duty: Black Ops 6 без русской озвучки, но это не точно 29 мин.
Авторы No Man’s Sky вернули «неповторимое ощущение одиночества во вселенной» из ранней версии — стартовала экспедиция Adrift 2 ч.
Activision отсудила у создателей читов для Call of Duty ещё 14 миллионов долларов, но не всё так просто 13 ч.
ЕС учредил орган, который будет следить за безопасным развитием ИИ 14 ч.
Кошачий ролевой экшен Kristala с духом Dark Souls ворвётся в ранний доступ Steam на следующей неделе — дата выхода и новый трейлер 14 ч.
Интернет-архив Wayback Machine подвергся мощной и продолжительной кибератаке 15 ч.
Sony всё-таки подтвердила майский выпуск State of Play — где и когда смотреть, что могут показать 16 ч.
PayPal добавила стейблкоин PYUSD в популярный среди мемкоинов блокчейн Solana 16 ч.
В Windows появится магазин Android-приложений от Tencent 17 ч.
В сентябре TikTok оспорит свою блокировку в суде США 18 ч.
Новинка Exell: мощный лазерный 3LCD-проектор EXL407Z 48 мин.
Samsung отобрала у Apple лидерства на мировом рынке смартфонов в прошлом квартале 2 ч.
Япония ужесточит контроль за экспортом важных для национальной экономики технологий 2 ч.
HP нарастила продажи ПК впервые с мая 2022 года благодаря корпоративному сегменту 3 ч.
Новая статья: Обзор ноутбука AORUS 16X 9KG: перед таким экраном играть — одно удовольствие 10 ч.
Cadillac представила Optiq — роскошный электрический кроссовер по цене от $54 000 11 ч.
TeamGroup представила модули памяти T-Create Expert AI LPDDR5X CAMM2 со скоростью до 7200 МТ/с 12 ч.
Конкурент Neuralink установил рекорд по числу электродов в мозге человека — 4096 штук на площади со спичечный коробок 12 ч.
Apple решит проблему конфиденциальности в облаке с помощью «Черного ящика» 12 ч.
Arm представила процессорные ядра Cortex-X925, Cortex-A725 и Cortex-A520, а также GPU Immortalis G925 — все для 3-нм чипов нового поколения 13 ч.