Китайские учёные сообщили о совершении крупного прорыва в технологии производства конденсаторов, сократив время создания диэлектрических плёнок для накопления энергии до одной секунды. Данное достижение привлекло широкое внимание, поскольку открывает путь к созданию быстрых и стабильных систем накопления энергии для передовых систем обороны и электромобилей. Разработка была выполнена коллективом под руководством Института исследования металлов Китайской академии наук.
Новый метод, использующий так называемый отжиг вспышкой, предполагает нагрев и охлаждение материала со скоростью около 1000 градусов Цельсия в секунду. Такая скорость позволяет формировать кристаллические плёнки на кремниевой пластине всего за один шаг, в то время как другие техники могут занимать от трёх минут до одного часа. Полученные плёнки демонстрируют высокую плотность энергии и сохраняют стабильность в широком диапазоне температур — до 250 градусов Цельсия, что сопоставимо по характеристикам с плёнками, созданными с помощью более медленных методов.
Исследователи подчеркивают, что тепловая стабильность новых плёнок защищает устройство в условиях высоких температур, с которыми сталкиваются гибридные электромобили и оборудование для глубокой разведки нефти и газа. Диэлектрические конденсаторы способны заряжаться и высвобождать энергию практически мгновенно, обеспечивая высокую плотность мощности. Это делает их крайне полезными для электромобилей, продвинутых радаров и мощных лазерных систем. Ряд оборонных исследований также указывает на их ценность для направленных энергетических оружий, которые используют сфокусированную энергию для поражения целей.
Для увеличения плотности энергии команда разработала метод быстрого нагрева с помощью электромагнитной индукции и последующего резкого охлаждения плёнки в жидком азоте. Это позволило зафиксировать кристаллическую структуру в высокотемпературном состоянии, улучшив ёмкость накопления. В результате был достигнут показатель плотности хранения энергии в 63,5 джоулей на кубический сантиметр, что превосходит результаты, полученные другими методами в аналогичных условиях.
Учёные отметили, что, несмотря на прогресс, диэлектрические конденсаторы по-прежнему уступают по объёму накапливаемой энергии литий-ионным аккумуляторам, однако новый процесс открывает путь к промышленному масштабированию и созданию компонентов для накопления энергии на уровне чипов. Плёнки продемонстрировали устойчивость к многократным тепловым циклам без значительной потери эффективности, что делает их пригодными для применения в аэрокосмической отрасли.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances 14 ноября.
