Конденсаторы электронных цепей функционируют примерно так же, как аккумуляторы - накапливают электрический заряд, который можно быстро сбрасывать для питания таких устройств, как фотовспышки. Так называемые «суперконденсаторы» расширяют возможности конденсаторов по накоплению энергии, сохраняя гораздо больший заряд в гораздо меньшем корпусе.
В статье, опубликованной в журнале AIP Advances, исследователи описывают возможность изготовления нового класса высокотермостойкой электроники, в которой будут использоваться суперконденсаторы, изготовленные из материала, называемого титанатом кальция-меди, или CCTO, который исследователи впервые идентифицированы как практический материал для хранения энергии.
Устройства, использующие суперконденсаторы CCTO, могли бы конкурировать с аналогичными устройствами, используемыми в настоящее время, и могли бы работать при гораздо более высоких температурах, чем стандартные кремниевые схемы, «больше похожие на температуру в двигателе», - говорит Уильям Стэплтон, доцент кафедры электротехники в Техасский государственный университет (TSU) в Сан-Маркосе, штат Техас. Ранее CCTO считался многообещающим материалом для суперконденсаторов, но его разработка для практических применений столкнулась с неожиданными препятствиями.
Ведущий автор Рагвендра Панди, профессор электротехники Ингрэма в Техасском государственном университете, Сан-Маркос, Техас, вместе со Стэплтоном и другими сотрудниками показал, что в CCTO два свойства, имеющие фундаментальное значение для эффективности конденсаторного устройства, тесно связаны между собой. связаны. Первое свойство, называемое диэлектрической проницаемостью, представляет собой физическое свойство материала конденсатора, которое позволяет ему накапливать энергию, причем более высокие значения диэлектрической проницаемости представляют собой лучший конденсатор.
Второе свойство, называемое тангенсом угла потерь, «связано с тем, насколько эффективно энергия может быть перемещена в конденсатор и из него, то есть, сколько энергии теряется в процессе из-за неэффективности», - сказал Стэплтон..
«Когда тангенс угла потерь высок, - объясняет Пандей, - конденсатор «негерметичен» и не может удерживать накопленный заряд более нескольких секунд».
Исследователи обнаружили, что диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь увеличиваются или уменьшаются в тандеме в CCTO. Попытки одновременно сохранить высокую диэлектрическую проницаемость при минимизации тангенса угла потерь могут не увенчаться успехом, если не будет применен новый подход к обработке материала. Хотя эта работа может помочь объяснить, почему у исследователей были проблемы с созданием идеального материала CCTO в прошлом, Пандей и его исследовательская группа продемонстрировали, что суперконденсаторы CCTO должны быть способны достигать высокой диэлектрической проницаемости при сохранении низкого тангенса угла потерь, что делает их подходящими для хранения энергии. на желаемом уровне для многих промышленных применений.
«Эффективное, высокоскоростное хранение энергии с высокой плотностью важно для многих областей, и суперконденсаторы предлагают это», - сказал Стэплтон. «Такие области, как «зеленая» энергетика и электромобили, могли бы немедленно выиграть от использования этих материалов».