master1305 / Freepik
Международная команда исследователей представила новые 2D/3D/2D гетероструктуры из титаната бария и дисульфида молибдена для электростатических конденсаторов. Они обеспечили высокую плотность накопленной энергии — в 19 раз больше обычного — и КПД в 90%. Новый материал позволит не терять энергию и быстро заряжать телефоны, медицинское оборудование, электромобили и другие устройства. Исследование опубликовано в журнале Science.
Электростатические конденсаторы играют важную роль в современной электронике. Они обеспечивают сверхбыструю зарядку разных устройств — начиная от телефона и ноутбука и заканчивая медицинскими приборами, промышленным оборудованием и автомобильным ПО. В конденсаторах используются сегнетоэлектрические материалы, которые теряют накопленную энергию из-за своих свойств.
Американские и корейские ученые решили устранить эту проблему и сосредоточились на процессе релаксации. Он описывает, сколько времени потребуется для рассеивания или распада заряда сегнетоэлектрических конденсаторов с использованием двумерных материалов. Исследователи разработали новые 2D/3D/2D гетероструктуры, минимизирующие потерю энергии и сохраняющие кристаллическое устройство конденсатора. Новый материал состоит из атомарно тонких компонентов: тонкая 3D-сердцевина из титаната бария вставляется между 2D-слоями из дисульфида молибдена. Все вместе они образуют слой толщиной в 30 нанометров — примерно 1/10 размера обычной вирусной частицы. Гетероструктуры обеспечивают оптимальное соотношение между проводимостью и непроводимостью. В новой конструкции плотность накопленной энергии получилась в 19 раз больше, чем у доступных на сегодняшний день сегнетоэлектрических конденсаторов — 191,7 джоуля на см3. Также ученые получили беспрецедентный показатель КПД конденсатора — 90%.
Результаты исследователей открывают путь для создания высокопроизводительных электронных устройств, в том числе высокочастотных систем беспроводной связи и микросхем интегральных схем.
«По сути, разработанная нами структура является новым электронным материалом. Мы еще не достигли 100% КПД, но уже превосходим результаты других лабораторий. Нашими следующими шагами будет усовершенствование структуры этого материала, чтобы мы могли удовлетворить потребность в сверхбыстрой зарядке и разрядке, а также в конденсаторах с очень высокой плотностью энергии. Нужно сделать это без потери емкости аккумулятора при повторной зарядке, чтобы этот материал широко использовался в крупной электронике, такой как электромобили и других развивающихся экологически чистых технологиях», — рассказал Санг-Хун Бэ, соавтор исследования из Вашингтонского университета.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.