به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، محققان معتقدند ساختار ماده جدیدی را کشف کرده‌اند که می‌تواند ظرفیت ذخیره انرژی خازن‌ها را بهبود ببخشد. این ساختار امکان ذخیره‌سازی بیشتری را فراهم می‌کند و در عین حال کارایی شارژ و تخلیه فوق‌سریع را بهبود می‌بخشد. یافته جدید نیاز به بهینه‌سازی دارد، اما این پتانسیل را دارد که به بهبود خودروهای الکتریکی کمک کند.
افزایش ظرفیت خازن‌ها در آزمایشگاه
خازن بهترین دوست باتری است. آن‌ها با انرژی دادن به همه چیز از تلفن‌های هوشمند گرفته تا خودروهای الکتریکی، انرژی باتری را به شکل شارژ الکتریکی ذخیره و امکان شارژ و تخلیه شارژ فوق‌العاده سریع را امکان‌پذیر می‌کنند. با این حال همیشه بازده ذخیره انرژی در آن‌ها محدود بوده است.
اکنون محققان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس از طراحی خازن پیشگامانه‌ای رونمایی کرده‌اند که به نظر می‌رسد توانایی غلبه بر چالش‌های ذخیره انرژی را دارد. آن‌ها ساختار ناهمسان جدیدی را به نمایش گذاشتند که اتلاف انرژی را کاهش می‌دهد، خازن‌ها را قادر می‌سازد انرژی بیشتری ذخیره کنند و به سرعت شارژ شوند، بدون اینکه دوام آن‌ها با خطر مواجه شود.
باتری‌ها از نظر ظرفیت ذخیره‌سازی عالی، اما از نظر سرعت پایین هستند و نمی‌توانند به سرعت شارژ یا تخلیه شارژ شوند. خازن‌ها این شکاف را پر می‌کنند و انفجارهای سریع انرژی را فراهم می‌آورند که دستگاه‌های پرمصرف به آن نیاز دارند.
در خازن‌ها، مواد فروالکتریک حداکثر پلاریزاسیون بالایی را ارائه می‌دهند که برای شارژ و تخلیه شارژ فوق سریع مفید است، اما می‌تواند اثربخشی ذخیره انرژی یا زمان آرامش یک هادی را محدود کند. کنترل دقیق بر زمان استراحت، نویدبخش طیف وسیعی از کاربردها است و پتانسیل تسریع توسعه سیستم‌های ذخیره انرژی بسیار کارآمد را دارد.
ساختار جدید خازن‌ها
محققان با پیچیدن مواد دوبعدی و سه‌بعدی در لایه‌های نازک اتمی به کمک پیوندهای شیمیایی و غیر شیمیایی بین هر لایه، تغییر ایجاد کردند. به این ترتیب یک هسته سه‌بعدی نازک بین دو لایه بیرونی دوبعدی قرار می‌گیرد تا حجمی به ضخامت ۳۰ نانومتر ایجاد کند.
این ساختار به‌طور کامل رسانا یا نارسانا نیست. بنابراین ماده نیمه‌هادی ایجادشده با چگالی تا ۱۹ برابر بیشتر از خازن‌های فروالکتریک تجاری موجود، امکان ذخیره‌سازی انرژی را می‌دهد و ۹۰ درصد راندمان را به‌دست می‌آورد. خازن به لطف شکاف کوچک در ساختار مواد، می‌تواند انرژی خود را حفظ کند.
اختراع حاضر یک پدیده فیزیکی جدید است که متخصصان را قادر می‌سازد مواد «دی‌الکتریک» را به‌گونه‌ای دستکاری کنند که قطبی نشود و قابلیت شارژ را از دست ندهد. تیم مطالعه به بهینه‌سازی ساختار مواد برای اطمینان از شارژ و تخلیه فوق سریع با چگالی پر انرژی جدید ادامه خواهد داد تا بتواند این اقدام را بدون از دست دادن ظرفیت ذخیره‌سازی در اثر شارژهای مکرر انجام دهد و شاهد استفاده گسترده از این ماده در وسایل نقلیه الکترونیکی بزرگ باشد.
نظر شما