• NASA включило космический телескоп Roman — он прислал свой первый снимок неба (2 фото)

    Инженеры NASA начали включать бортовое оборудование нового «великого» телескопа Nancy Grace Roman, который был запущен в космос 30 августа. Сейчас он совершает трёхмесячный перелёт к точке Лагранжа L2 системы Солнце–Земля, расположенной примерно в 1,5 млн км от нашей планеты. Первые научные снимки телескоп получит в начале 2027 года, чему...
    Читать дальше
  • Создание «китайского Starlink» ускорилось — к запускам спутников подключилась частная компания

    15 сентября Китай провёл запуск ракеты Zhuque-2E Y7 — улучшенной версии двухступенчатой ракеты-носителя частной компании LandSpace. Старт состоялся с космодрома Цзюцюань в 14:26 по пекинскому времени (09:26 мск). Ракета успешно вывела на заданные орбиты сразу 10 спутников интернет-созвездия SpaceSail (Qianfan). Это был первый пакетный зап...
    Читать дальше
  • В поездах РЖД появится робот-проводник Володя

    В скором времени в составах «Российских железных дорог» (РЖД) появится первый в мире робот-проводник, сообщает ТАСС со ссылкой на главу холдинга Олега Белозерова. На опубликованном компании фото робот напоминает одну из китайских моделей.
    Читать дальше
  • Китай доставит образцы с Марса в 2031 году, пока NASA борется с дефицитом бюджета

    Китай подтвердил планы по доставке образцов марсианского грунта на Землю в 2031 году в рамках миссии Tianwen-3. По сообщению Jalopnik, запуск аппаратов к Красной планете намечен на 2028 год, что контрастирует с ситуацией вокруг американской программы Mars Sample Return, столкнувшейся с кризисом финансирования после предложения администрац...
    Читать дальше
  • BYD пообещала представить первый серийный электромобиль с твердотельной батареей уже в 2027 году

    Важным этапом в эволюции электромобилей должно стать начало перехода на тяговые аккумуляторы с твердотельным электролитом, которые сулят увеличение плотности хранения энергии и сокращение времени зарядки. Крупнейший в мире производитель электромобилей — компания BYD, обещает представить первую модель на базе твердотельного аккумулятора уж...
    Читать дальше

Учёные случайно создали конденсатор, который можно зарядить в 19 раз сильнее обычного

15 мая 2024 | Просмотров: 7 773 | Интересное

Недавно в журнале Science вышла статья авторов из инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, посвящённая исследованию гетерогенных тонкоплёночных структур для конденсаторов. Работая с сегнетоэлектриками, учёные случайно создали конденсатор с плотностью энергии в 19 раз выше, чем у обычных элементов. Фактически они разработали аккумулятор с фантастической способностью быстрой зарядки, чего не хватает современным батареям.

Не секрет, что конденсаторы являются важнейшими элементами подсистем питания и стабилизации схем. В современных смартфонах может быть до 500 конденсаторов, а в ноутбуках — до 800 и более (колебательные контуры мы условно вынесем за скобки в данной статье, речь только о питании). Во всех случаях конденсаторы выступают как элементы, способные быстро разряжаться и заряжаться, чего не скажешь об аккумуляторах. Зато аккумуляторы отличаются высочайшей плотностью хранения энергии. Учёные давно пытаются найти золотую середину — высокоплотный аккумулятор с возможностью быстро заряжаться и разряжаться, но при этом оставаться целым и способным на множество циклов заряда. Похоже, учёные из США приблизились к открытию такого аккумулятора.

В ходе эксперимента с гетероструктурами на основе титаната бария (BaTiO3) — в некотором роде перовскита — была открыта «новая физика», как выразились учёные. В целом исследователи получили возможность управлять временем разряда (релаксации) сегнетоэлектрического конденсатора. Эта возможность случайно проявила себя при изучении комбинации двумерных и трёхмерных материалов в комбинации 2D/3D/2D2 или бутерброда Au/MoS2/BaTiO3/MoS2/Au. Сердцевина из титаната бария, окружённая двумя атомарно тонкими слоями, создаёт слой толщиной всего 30 нм или 1/10 обычного вируса. Точно подобранные химические и нехимические связи, а также зазоры между слоями стали тем ключом, который позволил получить контроль над временем разряда конденсатора-аккумулятора.

Благодаря сохранению кристалличности 3D-сегнетоэлектрика и минимизации потерь энергии, учёные смогли достичь плотности хранения энергии в этой многослойной гетерогенной структуре на уровне 191,7 Дж/см3 при КПД более 90 %. Точный контроль времени разряда открывает перспективы для широкого спектра применений и потенциально может ускорить разработку высокоэффективных систем накопления энергии.

«Мы создали новую структуру, основанную на инновациях, которые мы уже внедрили в нашей лаборатории с использованием 2D-материалов, — сказал ведущий автор работы Санг-Хун Бей (Sang-Hoon Bae). — Изначально мы не были сосредоточены на накоплении энергии, но в ходе нашего исследования свойств материалов мы обнаружили новое физическое явление, которое, как мы поняли, может быть применено для накопления энергии, и которое было одновременно очень интересным и потенциально гораздо более полезным».

«Мы обнаружили, что время релаксации диэлектрика может регулироваться или индуцироваться очень небольшим зазором в структуре материала, — объяснил Бэй. — Это новое физическое явление — то, с чем мы раньше не сталкивались. Это позволяет нам манипулировать диэлектрическим материалом таким образом, чтобы он не поляризовался и не терял способность заряжаться».

Учёные не скрывают, что впереди будет долгая оптимизация материала, но даже на современном этапе разработка превышает достижения других лабораторий. Поэтому исследователи видят в новом «электронном материале», как они назвали своё решение, большие перспективы.

Комментарии: 1

  1. Инна Ватция
    21 мая 2024 11:11 Инна Ватция
    Ещё один пример научного доказательства преимущественного превосходства гетероструктур, в сравнении с гомогенными средами.
    + 1
    Ответить
В Вашем браузере отключен JavaScript. Для корректной работы сайта настоятельно рекомендуется его включить.