Инженеры разрабатывают способ повышения эффективности и теплостойкости устройств

Когда речь идет об увеличении эффективности накопления электроэнергии и прочности электрического пробоя — способности электрической системы работать при более высоких напряжениях и температурах с высокой эффективностью — увеличение одной характеристики традиционно приводит к уменьшению другой характеристики. Исследователи из штата Пенсильвания, возглавляемые выдающимся профессором электротехники Кимингом Чжаном, недавно разработали масштабируемый метод, основанный на инженерных материалах для повышения обоих свойств.

Исследователи изменили диэлектрический конденсатор, устройство, которое накапливает и регулирует энергию и обычно используется в электронике и электрических системах. Используя легирующие примеси — небольшие инженерные материалы, также называемые метаматериалами, — исследователи изменили диэлектрический конденсатор, чтобы увеличить емкость накопителя и одновременно повысить эффективность электрического заряда, что означает, что конденсатор может выдерживать большее напряжение при очень незначительных потерях энергии при температурах выше 300 градусов по Фаренгейту.

В то время как другие исследователи смогли сделать это для диэлектрических конденсаторов, методы были слишком дорогими, чтобы их можно было использовать в реальных продуктах. Чжан и другие исследователи из штата Пенсильвания сообщили о своих результатах в недавнем выпуске журнала Science Advances.

«То, что мы сделали, — это использование эффектов интерфейса в нанодопантах для повышения эффективности хранения и прочности при электрическом разрушении с очень небольшим количеством легирующих примесей и при низких затратах», — сказал Чжан. — «Многие люди думают, что им нужно заполнить конденсатор большим количеством наполнителей, чтобы достичь большей эффективности накопления энергии, но мы показали, что вы можете сделать это в противоположном направлении, то есть, используя наполнители с очень низким объемом содержимого с очень недорогими материалами, которые также могут привести к большей прочности на разрыв. Это снижает стоимость и делает его легко масштабируемым».

Увеличение силы электрического пробоя в конденсаторе позволит устройству выдерживать более высокие температуры без сбоя в системе. Это важная черта во многих электронных и электрических системах, включая электромобили, промышленные дрели и электрические сети.

«В гибридных электромобилях теперь используется конденсатор из материала, известного как БОПП (или полипропиленовая пленка, прим. ред.)», — сказал Чжан. — «Они хорошо работают до 80 градусов по Цельсию (176 градусов по Фаренгейту). Однако транспортные средства могут сильно нагреваться, поэтому вам придется использовать охлаждающий агент. Это увеличивает стоимость и также увеличивает объем. Теперь вы можете использовать этот новый конденсатор с метаматериалами, которые меньше, заменить существующий конденсатор и не беспокоиться о контуре охлаждения, так как он может выдерживать более высокие температуры».

Оборудование, используемое для глубокого бурения, также может выиграть от наличия повышенного температурного порога и меньшего, менее дорогого конденсатора. Электрическая сеть потенциально выиграет от этой новой технологической разработки, особенно с точки зрения повышения энергоэффективности и более высокой электрической прочности на пробой.

«Мы не создавали новый материал, но, используя метаматериалы таким образом, мы можем значительно повысить производительность существующих материалов без увеличения затрат», — сказал Чжан.

По материалам Techxplore

-=GadZZillA=-

Компьютерный системный администратор, веб-огородник, IT-шник, специалист по строительным материалам, создатель и администратор проекта "Лаборатория Рабочих Столов"

Вас также может заинтересовать...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

 

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.