Хранение энергии в миниатюрных конденсаторах может способствовать развитию технологии «зелёной» энергии

Конденсаторы в электросхемах работают как батарейки: сохраняют электрический заряд, который затем может быть передан в такие электроприборы, как фотовспышка. Так называемые «суперконденсаторы» идут на шаг впереди обычных конденсаторов, сохраняя намного больший заряд в значительно меньшем объеме.

. В статье, опубликованной в журнале AIP Advances, исследователи описывают возможность изготовления нового класса высокотолерантной к нагреванию электроники, в которой будут задействованы суперконденсаторы, изготовленные из материала Кальций-Медь-Титанат (CaCu3Ti4O12), сокращенно КМТ.

Приборы, использующие суперконденсаторы из КМТ, могут составить конкуренцию существующим на рынке и работать при значительно более высоких температурах, чем обычные кремниевые схемы. Как говорит Уильям Стэплтон, научный профессор электротехники в Техасском университете в Сан-Маркосе, они будут выдерживать промышленные температуры. Ранее на Кальций-Медь-Титанат уже обращали внимание как на многообещающий материал, но его практическое применение натолкнулось на неожиданные препятствия.

Руководитель исследования Рагвендра Панди, профессор электротехники в Техасском университете в Сан-Маркосе, совместно со Стэплтоном и другими сотрудниками, показал, что в этом материале два наиважнейших для конденсаторов свойства строго взаимозависимы.
Первое свойство, диэлектрическая проницаемость, - это физическое свойство материала, позволяющее ему накапливать энергию. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем лучше конденсатор.
Второе свойство, тангенс угла потерь, отражает, насколько эффективно энергия может попадать в конденсатор и выходить из него, то есть, сколько энергии теряется в процессе.

Когда тангенс угла потерь высок, конденсатор оказывается «дырявым» и не может хранить заряд дольше нескольких секунд.
Исследователи обнаружили, что диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь растут и понижаются одновременно в материале Кальций-Медь-Титанат. И никакие усилия сохранить высокую проницаемость, минимизируя тангенс угла потерь, не давали результата, пока не был найден новый подход к обработке материала. Теперь же Панди и его коллеги продемонстрировали, что суперконденсаторы из КМТ способны достигать высокого уровня диэлектрической проницаемости, сохраняя небольшой тангенс угла диэлектрических потерь, что сделает возможным его применение в промышленности.

Стэплтон добавляет, что высокоэффективные аккумуляторы чрезвычайно востребованы во множестве сфер, особенно в области получения экологически чистой энергии и электромобилях.