21 октября 2015 года Док Браун и Марти МакФлай приземлились в будущем на своем DeLorean, и путешествие во времени стало возможным благодаря «конденсатору потока».Хотя магнитный конденсатор по-прежнему вызывает в воображении научно-фантастические образы, конденсаторы теперь являются ключевыми компонентами портативной электроники, вычислительных систем и электромобилей.В отличие от батарей, которые предлагают большую емкость, но медленную подачу энергии, конденсаторы обеспечивают быструю доставку, но низкую емкость.Много усилий было направлено на улучшение этой характеристики, известной как плотность энергии, диэлектрических конденсаторов, которые представляют собой изолирующий материал, зажатый между двумя проводящими металлическими пластинами.
Теперь группа исследователей из Университета Делавэра и Китайской академии наук успешно применила нанотехнологии для достижения этой цели.Об этой работе сообщается в статье «Диэлектрические конденсаторы с трехмерными наноразмерными встречно-штыревыми электродами для хранения энергии», опубликованной в Science Advances, первом онлайн-журнале AAAS с открытым доступом.«Благодаря нашему подходу мы достигли плотности энергии около двух ватт-часов на килограмм, что значительно выше, чем у других структур диэлектрических конденсаторов, о которых сообщается в литературе», — говорит Бинцин Вэй, профессор машиностроения в UD.
«Насколько нам известно, это первый раз, когда встречно-штыревые электроды в трехмерном наноразмерном масштабе были реализованы на практике», — добавляет он. «Углеродные нанотрубки, встроенные в уникально спроектированные и структурированные трехмерные архитектуры, с их большой площадью поверхности по сравнению с их размером, позволили нам решить проблему низкой способности диэлектрических конденсаторов накапливать энергию».Одним из ключей к успеху нового конденсатора является конструкция встречно-штыревой конструкции — похожая на переплетение пальцев между двумя руками с «перчатками» — которая резко уменьшает расстояние между противоположными электродами и, следовательно, увеличивает способность конденсатора накапливать электрический ток. плата.Другой важной особенностью конденсаторов является то, что уникальный новый трехмерный наноразмерный электрод также обеспечивает высоковольтный пробой, а это означает, что интегрированный диэлектрический материал (оксид алюминия, Al2O3) не может легко нарушить свою предполагаемую функцию в качестве изолятора.«В отличие от предыдущих версий, мы ожидаем, что наши диэлектрические конденсаторы с новой структурой будут более подходящими для полевых применений, требующих хранения с высокой плотностью энергии, таких как дополнительные источники питания и гибридные системы питания», — говорит Вэй.
Об исследованииСоавторами статьи являются Фанмин Хан, Гоуэн Мэн, Фэй Чжоу, Ли Сун, Синьхуа Ли, Сяое Ху, Сяогуан Чжу, Бин У и Бинцин Вэй.Работа финансировалась Национальной программой ключевых фундаментальных исследований Китая, Национальным фондом естественных наук Китая, Программой международного партнерства для творческих исследовательских групп CAS / SAFEA (Китайская академия наук / Государственное управление по делам иностранных экспертов AQ9) и Провинциальный фонд естественных наук Аньхой.
Вэй участвовал в разработке экспериментов и анализе данных. Образцы были подготовлены и охарактеризованы его коллегами в Китае.