Nanoteknologi tilbyder en ny tilgang til at øge lagringskapaciteten for dielektriske kondensatorer

21. oktober kl. 2015, var den dag, hvor Doc Brown og Marty McFly landede i fremtiden i deres DeLorean, med tidsrejser muliggjort af en "flux -kondensator".

Mens flux-kondensatoren stadig fremkalder sci-fi-billeder, kondensatorer er nu nøglekomponenter i bærbar elektronik, edb -systemer, og elbiler.

I modsætning til batterier, som tilbyder høj lagerkapacitet, men langsom levering af energi, kondensatorer giver hurtig levering, men dårlig lagerkapacitet.

Der er blevet lagt en stor indsats i at forbedre denne funktion - kendt som energitæthed - for dielektriske kondensatorer, som omfatter et isolerende materiale, der er klemt mellem to ledende metalplader.

Nu, en gruppe forskere ved University of Delaware og Chinese Academy of Sciences har med succes brugt nanoteknologi til at nå dette mål.

Arbejdet er rapporteret i et papir, "Dielektriske kondensatorer med tredimensionale nanoskala interdigitalelektroder til energilagring, "udgivet i Videnskab fremskridt .

"Med vores tilgang, vi opnåede en energitæthed på cirka to watt pr. kg, som er betydeligt højere end for andre dielektriske kondensatorstrukturer rapporteret i litteraturen, "siger Bingqing Wei, professor i maskinteknik ved UD.

"Så vidt vi ved, dette er første gang, at 3D nanoskala interdigitalelektroder er blevet realiseret i praksis, "tilføjer han." Med deres høje overfladeareal i forhold til deres størrelse, kulstofnanorør indlejret i unikt designede og strukturerede 3D -arkitekturer har gjort os i stand til at tage fat på den lave evne hos dielektriske kondensatorer til at lagre energi. "

En af nøglerne til succes med den nye kondensator er et interdigiteret design - svarende til sammenvævede fingre mellem to hænder med "handsker" - der dramatisk reducerer afstanden mellem modstående elektroder og derfor øger kondensatorens evne til at lagre en elektrisk ladning.

Et andet vigtigt træk ved kondensatorerne er, at den unikke nye tredimensionelle nanoskalaelektrode også tilbyder højspændingsnedbrud, hvilket betyder, at det integrerede dielektriske materiale (aluminiumoxid, Al2O3) svigter ikke let i den tilsigtede funktion som isolator.

"I modsætning til tidligere versioner, vi forventer, at vores nykonstruerede dielektriske kondensatorer er mere egnede til feltapplikationer, der kræver lagring af høj energitæthed, såsom tilbehørstrømforsyning og hybridstrømsystemer, "Siger Wei.