Квантовый эффект: ученые из России превратили слабость миниатюрных накопителей энергии в их силу
В России разработали новый тип миниатюрных конденсаторов на основе диоксида циркония. Технология ученых из Объединенного института ядерных исследований и Уральского федерального университета пригодится для создания сверхэкономичной электроники, датчиков и медицинских устройств.
Одна из главных проблем миниатюрных конденсаторов — утечка заряда. Внутри таких устройств электричество накапливается между проводящими слоями, разделенными тонким изолятором. Чем меньше конденсатор, тем тоньше становится этот барьер. Электроны начинают «просачиваться» через него — так действует квантовый эффект, известный как туннелирование. Из-за этого накопитель постепенно разряжается. В новой разработке ученые использовали близкий квантовый механизм уже для накопления заряда.
Обычно в суперконденсаторах для хранения энергии применяют материалы, хорошо проводящие ток, например углерод. В новой конструкции роль такого материала выполняет нанопорошок из диоксида циркония — вещества, которое в обычных условиях почти не проводит электричество. Когда поверхность его наночастиц взаимодействует с электролитом, рядом возникают области накопления заряда. Благодаря огромной площади поверхности такой материал позволяет создавать миниатюрные конденсаторы с высокой емкостью.
«Сегодня твердотельные ионные конденсаторы пользуются высоким спросом во всем мире. Они крайне востребованы в микро- и наноэлектронике с минимальным энергопотреблением энергии. В частности, они перспективны для использования в компьютерах с субвольтовыми процессорами, смартфонах, датчиках газов, бытовой и медицинской технике, аэрокосмической отрасли, автомобилестроении и других отраслях», — пояснил Анатолий Зацепин, руководитель лаборатории «Гибридные технологии и метаматериалы» УрФУ.
Сейчас ученые из Дубны и Екатеринбурга и их иностранные коллеги тестируют технологию в экстремальных условиях — при сильном излучении и высокой температуре.
