Nový kondenzátor z heteroštruktúr s až 19-násobne vyššou energetickou hustotou môže výrazne predĺžiť výdrž batérií elektromobilov a elektroniky a zároveň skrátiť čas ich nabíjania. Vedcom pri jeho objave pomohla náhoda, uvádza štúdia zverejnená v časopise Science. Vyplýva to zo správy servera Live Science.
Heteroštruktúra je vrstvený materiál s jednotlivými vrstvami prepojenými chemickými a nechemickými väzbami. Hrúbka jednotlivých vrstiev sa pohybuje rádovo v atómoch. Maximálna hrúbka celej štruktúry je iba 30 nanometrov – do hrúbky jedného ľudského vlasu by sa ich zmestilo približne 30-tisíc. Podľa autorov štúdie dokážu kondenzátory z tohto materiálu dosiahnuť až 19-násobne vyššiu energetickú hustotu ako súčasné kondenzátory. Tím vedcov tiež zaznamenal, že majú viac než 90-percentnú účinnosť, čo je v tomto odvetví rekord.
Batérie a kondenzátory
Na skladovanie energie sa najčastejšie používajú dve súčiastky – batérie a kondenzátory. Obe majú svoje výhody i nevýhody. Výhodou batérie je, že elektrickú energiu dokáže skladovať dlhodobo. Nevýhodou je jej pomalé vybíjanie (a nabíjanie), nie je preto možné odoberať (ani dodávať) veľké množstvo elektriny naraz. Kondenzátor je v tomto opakom batérie. Jeho výhodou je schopnosť naraz uvoľniť (aj pojať) veľké množstvo energie. Nevýhodou je, že ju nedokáže efektívne skladovať dlhodobo.
Nové kondenzátory dokážu energiu uložiť na výrazne dlhší čas, ako to bolo možné v minulosti, zároveň si však zachovávajú schopnosť náhle ju uvoľniť v prípade potreby. Snúbia tak v sebe výhody batérií a kondenzátorov. Umožňuje im to miniatúrna medzera v jadre predlžujúca relaxačný čas dielektrika – interval, počas ktorého sa kondenzátor po odpojení elektrického poľa vybije. Vedci na to prišli náhodou.
Dielektrické materiály
Pojem dielektrikum označuje všetky látky polarizujúce vo vonkajšom elektrickom poli. Všeobecne platí, že majú malú mernú elektrickú vodivosť. Ak obsahujú veľmi malé množstvo voľných nosičov elektrického náboja, alebo ich neobsahujú vôbec, ide o izolanty.
„Zistili sme, že relaxačný čas dielektrika možno modulovať (upravovať) alebo vytvoriť pomocou miniatúrnej medzery v štruktúre materiálu. Je to nový fyzikálny fenomén, ktorý sme dosiaľ ešte nevideli. Umožňuje nám ovládať dielektrické materiály tak, že sa nepolarizujú a nestrácajú schopnosť udržiavať (elektrický) náboj,“ vyhlásil Sang-Hoon Bae, odborný asistent v odbore mechanického inžinierstva a materiálovej vedy na Washingtonovej univerzite americkom v St. Louis.
Kondenzátory novej generácie s vysokou energetickou hustotou a rýchlosťou nabíjania však možno využiť nielen na dlhodobé skladovanie energie, teda napríklad v elektromobiloch. Možnosť nárazového odoberania veľkého množstva energie otvára dvere ich využitiu napríklad aj pri napájaní elektrickej siete alebo v priemysle.
Ďalšie dôležité správy
