Дослідники розробили, унікальний на сьогодні, ультрамікро суперконденсатор, який перевершує нинішні моделі за ємністю та компактністю. До складу конструкції входять польові транзистори та шари дисульфіду молібдену та графену, що призводить, у певних умовах, до значного збільшення ємності на 3000%.
Вчені з Департаменту приладобудування та прикладної фізики (IAP) Індійського інституту науки (IISc) розробили новий крихітний пристрій, здатний зберігати величезну кількість електричного заряду — ультрамікро суперконденсатор. Будучи набагато меншим і компактнішим від існуючих суперконденсаторів, він потенційно може використовуватися в багатьох пристроях, починаючи від вуличних ліхтарів і закінчуючи побутовою електронікою, медичними приладами та електромобілями.
Більшість цих пристроїв зараз живляться від акумуляторів. Однак згодом ці батареї втрачають здатність зберігати заряд і, отже, мають обмежений термін експлуатації. З іншого боку, конденсатори можуть зберігати електричний заряд набагато довше завдяки своїй конструкції. Наприклад, конденсатор, що працює при напрузі 5 В, продовжить працювати при тій же напрузі навіть через десятиліття. Але, на відміну від акумуляторів, вони не можуть постійно віддавати енергію – наприклад, для живлення мобільного телефону.
Перевага суперконденсаторів
Ультрамікро суперконденсатори, можуть тримати, а також віддавати велику кількість енергії, поєднуючи, у собі найкраще від акумуляторів та конденсаторів, і тому надзвичайно перспективні в електронних пристроях наступного покоління.
У недавньому дослідженні, опублікованому в журналі ACS Energy Letters, спеціалісти виготовили свій суперконденсатор, використовуючи польові транзистори як колектори заряду замість металевих електродів, які використовуються в типових конденсаторах. За словами професора IAP, Абхи Місра, використання польового транзистора в ролі електрода для суперконденсаторів представляє абсолютно новий підхід у налаштуванні заряду конденсаторів.
Інновації у конструкції конденсаторів
У звичайних конденсаторах електроди на основі оксидів металів, але вони обмежені низькою рухливістю електронів. Через те розробниця і її команда вирішили створити гібридні польові транзистори, що складаються по черзі з шарів дисульфіду молібдену (MoS2) і для збільшення рухливості електронів - графену товщиною в кілька атомів — які потім з'єднуються із золотими контактами. Між двома електродами польового транзистора, для побудови твердотілого суперконденсатора, застосовують твердий гелевий електроліт. Конструкція повністю створена на основі діоксиду кремнію/кремнію.
Як стверджує Місра, процес проєктування виявився критичним, оскільки вимагає інтеграції двох різних систем. Ці дві системи складаються з польових електродів та гелевого електроліту з різною зарядною ємністю. Винод Панвар, один із провідних авторів та аспірант в IAP, додає, що створення пристрою з ідеальними характеристиками транзистора було викликом через нанометрові розміри суперконденсаторів, які вимагали високої точності та зорово-моторної координації, і не були видимі без мікроскопа.
Зліва — виготовлення пристрою у приміщенні з високим ступенем захисту від забруднень Винодом Панваром.
Продуктивність та плани на майбутнє
Коли, ультрамікро суперконденсатор був виготовлений, вченні, застосовуючи різні напруги, виміряли електрохімічну ємність або здатність пристрою зберігати заряд. Було виявлено, що за певних умов ємність збільшується на 3000%. А конденсатор, що містив тільки MoS2 без графену, у тих самих умовах, показав збільшення ємності лише на 18%.
У майбутньому, планується з'ясувати, чи можливо ще більше збільшити ємність суперконденсатора, замінивши MoS2 іншими матеріалами. На сьогодні, суперконденсатор повністю функціональний і може бути використаний у пристроях зберігання енергії, таких як акумулятори електромобілів, або в будь-якій мініатюрній системі шляхом інтеграції на кристалі. Також, у планах вчених подати заявку на патент на ультрамікро суперконденсатор.
Для того, щоб отримати кваліфіковану консультацію про пасивні електронні компоненти та купити конденсатори в Україні, зверніться до офісу Компанії СЕА за телефоном: +38 (044) 330-00-88 або по e-mail: info@sea.com.ua.
Написати відгук