Premium
Bateriile pentru vehicule electrice ar putea dura mult mai mult datorită unui nou condensator cu o densitate energetică de 19 ori mai mare, creat din greșeală de oamenii de știință, scrie livescience.com.
Bateriile mașinilor electrice și ale laptopurilor s-ar putea încărca mult mai repede și ar putea dura mai mult datorită unei noi structuri care poate fi folosită pentru a realiza în viitor condensatori mult mai buni.
O nouă structură materială ar putea revoluționa stocarea energiei, permițând condensatorilor din vehiculele sau dispozitivele electrice să stocheze energie mult mai mult timp, spun oamenii de știință.
Cercetătorii au dezvoltat condensatori din noi "heterostructuri" cu o proprietate nouă care reduce viteza cu care se disipează energia fără a afecta capacitatea lor de a se încărca rapid.
O descoperire neintenționată
Noua descoperire - despre care oamenii de știință spun că a fost neintenționată și se bazează pe o nouă lucrare în domeniul electronicii - ar putea sta la baza unei durate de viață mai bune a bateriilor în cadrul dispozitivelor de consum, cum ar fi laptopurile sau smartphone-urile, precum și a unei mai mari flexibilități în stocarea energiei la scară de rețea. Cercetătorii și-au descris descoperirile într-un studiu publicat la 18 aprilie în revista Science.
În timp ce bateriile pot stoca energie pentru o perioadă lungă de timp, încărcarea și descărcarea de energie electrică durează mult timp. Aici intervin condensatorii - aceștia stochează electricitatea într-un câmp electric care poate fi încărcat și descărcat rapid pentru un acces rapid la energie, în funcție de necesități.
Telefoanele inteligente, de exemplu, utilizează în general energia de la baterie, dar obțin energie de la condensatori atunci când este nevoie de energie într-o rafală scurtă - cum ar fi pentru blițul camerei. Fiecare smartphone are, de obicei, sute de condensatori.
Unii condensatori folosesc materiale feroelectrice pentru a stoca energie. Aceste materiale sunt polarizate în mod natural, ceea ce poate fi inversat prin aplicarea unei tensiuni. Atunci când polarizarea este inversată, aceasta rămâne în condensator ca o "memorie", chiar și după ce tensiunea este îndepărtată.
Aplicarea energiei inversează polarizarea acestor materiale, iar acestea pot menține această polarizare chiar și după ce energia a fost îndepărtată. Cu toate acestea, în general, ele păstrează slab energia pe perioade mai lungi de timp în comparație cu bateriile.
Noua structură se află într-un echilibru fizic și chimic între conductivitate și neconductivitate, ceea ce îi permite să rețină mai eficient energia. Din întâmplare, cercetătorii au descoperit că un mic decalaj în miez mărește timpul de relaxare - un termen folosit pentru a descrie perioada în care condensatorul își pierde sarcina.
În fiecare dintre heterostructuri, materialele 2D și 3D sunt stratificate ca foile de paste într-o lasagna la nivel atomic, cu legături chimice și non-chimice între fiecare strat. Grosimea maximă a structurii globale sau este de doar 30 de nanometri - de aproximativ 30.000 de ori mai subțire decât un fir de păr uman.
"Ceva ce nu am mai văzut până acum"
Cercetătorii au declarat că tehnologia ar putea oferi o densitate de energie de până la 19 ori mai mare decât condensatorii actuali. Echipa a raportat, de asemenea, o eficiență de peste 90%, un rezultat remarcabil în domeniu. Eficiența comparabilă pentru condensatorii feroelectrici noi se situează la 86,95%, potrivit cercetării publicate în iulie 2023 în revista Materials.
"Am descoperit că timpul de relaxare dielectrică poate fi modulat sau indus de un decalaj foarte mic în structura materialului", a declarat Sang-Hoon Bae, profesor asistent de inginerie mecanică și știința materialelor la Universitatea Washington, într-o declarație. "Acest nou fenomen fizic este ceva ce nu am mai văzut până acum. El ne permite să manipulăm materialul dielectric în așa fel încât să nu se polarizeze și să nu piardă capacitatea de încărcare".
Dacă va fi reprodusă la scară largă, structura ar putea alimenta o schimbare în modul în care stocăm și accesăm energia, deoarece ar permite ca energia să fie accesată foarte rapid, la cerere, fără a sacrifica stabilitatea stocării pe termen lung.
Cu densități de energie mai mari, condensatorii de generație următoare ar putea permite o utilizare mai mare a condensatorilor cu încărcare rapidă pentru dispozitivele care au nevoie de stocare pe termen lung, cum ar fi vehiculele electrice. Condensatorii ar putea, de asemenea, să furnizeze energie rapidă, la cerere, pentru rețea sau pentru utilizări industriale private.
