Scienty

Фото: img.freepik.com

Китайские исследователи заявили об успешном прогрессе в области производства конденсаторов, уменьшив время формирования диэлектрических плёнок, используемых для накопления энергии, до одной секунды. Эта разработка вызвала большой интерес, поскольку она позволяет создавать быстрые и надёжные системы хранения энергии для современных военных разработок и электромобилей. Исследования проводились группой специалистов под руководством Института исследования металлов Китайской академии наук.

Инновационный подход, основанный на технологии отжига вспышкой, заключается в быстром нагреве и охлаждении материала со скоростью приблизительно 1000 градусов Цельсия в секунду. Эта высокая скорость позволяет создавать кристаллические слои на кремниевой подложке всего за один цикл, в отличие от других методов, требующих от трёх минут до часа. Полученные слои обладают высокой плотностью энергии и сохраняют стабильность в широком температурном диапазоне – до 250 градусов Цельсия, что соответствует параметрам слоев, полученных традиционными, более медленными способами.

Учёные отмечают, что повышенная теплоустойчивость новых плёнок обеспечивает надёжную защиту оборудования в условиях экстремальных температур, характерных для гибридных электромобилей и при проведении глубоких разведочных работ в нефтегазовой отрасли. Диэлектрические конденсаторы обладают способностью к очень быстрому накоплению и отдаче энергии, что гарантирует высокую мощность. Благодаря этому они незаменимы для электромобилей, современных радиолокационных систем и мощных лазерных установок. Кроме того, ряд военных разработок подтверждает их важность для систем направленной энергии, использующих сконцентрированный луч для поражения целей.

Чтобы повысить плотность энергии, специалисты разработали способ ускоренного нагрева с использованием электромагнитной индукции, после чего резко охладили плёнку в жидком азоте. Благодаря этому удалось зафиксировать кристаллическую структуру в условиях высокой температуры, что положительно сказалось на ёмкости накопления. В итоге показатель плотности энергии составил 63,5 джоулей на кубический сантиметр, превысив результаты, полученные при использовании других подходов в схожих условиях.

Несмотря на достигнутый прогресс, исследователи констатируют, что диэлектрические конденсаторы всё ещё уступают литий-ионным аккумуляторам по объёму энергии, которую они способны накапливать. Однако новая технология открывает возможности для промышленного производства и разработки компонентов для накопления энергии, размером с чип. Созданные плёнки показали устойчивость к многократным нагревам и остываниям без существенной потери производительности, что делает их подходящими для использования в авиакосмической сфере.

Исследование было в журнале Science Advances 14 ноября.