Наноконденсатор увеличивает емкость в 100 раз
Электростатические наноконденсаторы в нанопористой пленке оксида алюминия (темно-желтый), образованные последовательным напылением атомных слоев металла (синий цвет), диэлектрика (желтый) и снова металла.
Прошедшая неделя оказалась богатой на новые технологии хранения энергии. Сначала – новость о разработке жидких батарей высокой мощности, потом – литиевые батареи, характеристиками похожие на конденсаторы. Теперь конденсатор, характеристиками похожий на аккумулятор. Исследователи Университета Мериленда и Корейский Институт передовой науки и технологии (KAIST) разработал суперконденсатор, содержащий 10 миллиардов наноразмерных конденсаторов на квадратный сантиметр, что даёт площадь поверхности, в 250 раз большую, чем у обычного конденсатора сопоставимого размера. Нано-суперконденсатор разрабатывается главным образом как часть новой гибридной конденсаторно-аккумуляторной системы хранения энергии для электромобилей.
Устройства для хранения электрической энергии делятся на три категории. Аккумуляторные батареи, например – литиево-ионные, запасают большое количество энергии, но могут обеспечивать большую мощность и быстрый разряд. Электрохимические конденсаторы, также основанные на электрохимических процессах, обеспечивают высокую мощность, но при относительно низкой удельной емкости. Напротив, электростатические конденсаторы работают исключительно за счет физических процессов и запасают заряд на поверхностях двух проводников, разделенных слоем изолятора. Они обеспечивают быстрый заряд-разряд и высокую мощность, но крайне низкую удельную емкость.Лучшие модели существующих конденсаторов имеют удельную энергоемкость примерно в 10 раз меньшую, чем у обычного аккумулятора, зато их удельная мощность от 10 до 100 раз больше.
Исследовательская группа Мериленда/KAIST разработала новую конструкцию электростатического конденсатора, позволяющую увеличить удельную емкость подобных устройств более чем в 100 раз, сохраняя высокие мощностные характеристики.
Энергоемкость современных суперконденсаторов колеблется от 0,5 до 30 ВтЧ /кг, для сравнения, обычные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют емкость порядка 30-40 ВтЧ/кг, а современные литиево-ионные – порядка 160ВтЧ/кг. В автомобиле бензин содержит порядка 12000 ВтЧ/кг, что при эффективности передачи от бензобака к колесам даёт эффективную плотность энергии в 1800 ВтЧ/кг.
Процесс производства происходит следующим образом: на листе алюминиевой фольги с помощью создается сетка нано-пор. Каждая нанопора имеет 50 нанометров в диаметре и до 30 нанометров в глубину. Сверху наносится два слоя нитрида титана (TiN), разделенные слоем изолятора, и еще один слой алюминиевой фольги. Два внешних слоя фольги действуют как электрические контакты.
Исследователи создали опытные конденсаторы размером 125 микрометров, каждый содержащий миллион наноконденсаторов. Есть еще большие проблемы с масштабированием опытного образца – как сделать пластины, содержащие миллиарды, а не миллионы наноконденсаторов, можно ли их эффективно соединить вместе для храненя больших зарядов. Команда исследователей пока решает, как именно коммерциализировать свое изобретение. Гибридная аккумуляторно-конденсаторная энергоустановка для электромобилей должна состоять из множества конденсаторных панелей, собранных в батарею. Конденсаторные панели также можно интегрировать в солнечные панели или плоские ЖК-дисплеи любой портативной электроники.
Прошедшая неделя оказалась богатой на новые технологии хранения энергии. Сначала – новость о разработке жидких батарей высокой мощности, потом – литиевые батареи, характеристиками похожие на конденсаторы. Теперь конденсатор, характеристиками похожий на аккумулятор. Исследователи Университета Мериленда и Корейский Институт передовой науки и технологии (KAIST) разработал суперконденсатор, содержащий 10 миллиардов наноразмерных конденсаторов на квадратный сантиметр, что даёт площадь поверхности, в 250 раз большую, чем у обычного конденсатора сопоставимого размера. Нано-суперконденсатор разрабатывается главным образом как часть новой гибридной конденсаторно-аккумуляторной системы хранения энергии для электромобилей.
Устройства для хранения электрической энергии делятся на три категории. Аккумуляторные батареи, например – литиево-ионные, запасают большое количество энергии, но могут обеспечивать большую мощность и быстрый разряд. Электрохимические конденсаторы, также основанные на электрохимических процессах, обеспечивают высокую мощность, но при относительно низкой удельной емкости. Напротив, электростатические конденсаторы работают исключительно за счет физических процессов и запасают заряд на поверхностях двух проводников, разделенных слоем изолятора. Они обеспечивают быстрый заряд-разряд и высокую мощность, но крайне низкую удельную емкость.Лучшие модели существующих конденсаторов имеют удельную энергоемкость примерно в 10 раз меньшую, чем у обычного аккумулятора, зато их удельная мощность от 10 до 100 раз больше.
Исследовательская группа Мериленда/KAIST разработала новую конструкцию электростатического конденсатора, позволяющую увеличить удельную емкость подобных устройств более чем в 100 раз, сохраняя высокие мощностные характеристики.
Энергоемкость современных суперконденсаторов колеблется от 0,5 до 30 ВтЧ /кг, для сравнения, обычные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют емкость порядка 30-40 ВтЧ/кг, а современные литиево-ионные – порядка 160ВтЧ/кг. В автомобиле бензин содержит порядка 12000 ВтЧ/кг, что при эффективности передачи от бензобака к колесам даёт эффективную плотность энергии в 1800 ВтЧ/кг.
Процесс производства происходит следующим образом: на листе алюминиевой фольги с помощью создается сетка нано-пор. Каждая нанопора имеет 50 нанометров в диаметре и до 30 нанометров в глубину. Сверху наносится два слоя нитрида титана (TiN), разделенные слоем изолятора, и еще один слой алюминиевой фольги. Два внешних слоя фольги действуют как электрические контакты.
Исследователи создали опытные конденсаторы размером 125 микрометров, каждый содержащий миллион наноконденсаторов. Есть еще большие проблемы с масштабированием опытного образца – как сделать пластины, содержащие миллиарды, а не миллионы наноконденсаторов, можно ли их эффективно соединить вместе для храненя больших зарядов. Команда исследователей пока решает, как именно коммерциализировать свое изобретение. Гибридная аккумуляторно-конденсаторная энергоустановка для электромобилей должна состоять из множества конденсаторных панелей, собранных в батарею. Конденсаторные панели также можно интегрировать в солнечные панели или плоские ЖК-дисплеи любой портативной электроники.
Источник: ecogeek.ru с сылкой на NanoCenter
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ 
188