Un diagramma della ricerca sui condensatori dielettrici sviluppata da un team di ricerca guidato dall'Università del Delaware. Credito:Kathy F. Atkinson/Università del Delaware
21 ottobre 2015, è stato il giorno in cui Doc Brown e Marty McFly sono atterrati nel futuro nella loro DeLorean, con il viaggio nel tempo reso possibile da un "condensatore di flusso".
Mentre il condensatore di flusso evoca ancora immagini fantascientifiche, i condensatori sono ora componenti chiave dell'elettronica portatile, sistemi informatici, e veicoli elettrici.
A differenza delle batterie, che offrono un'elevata capacità di accumulo ma una lenta erogazione di energia, i condensatori forniscono una consegna rapida ma una scarsa capacità di archiviazione.
Un grande sforzo è stato dedicato al miglioramento di questa caratteristica, nota come densità di energia, dei condensatori dielettrici, che comprendono un materiale isolante interposto tra due piastre metalliche conduttrici.
Ora, un gruppo di ricercatori dell'Università del Delaware e dell'Accademia cinese delle scienze ha utilizzato con successo la nanotecnologia per raggiungere questo obiettivo.
Il lavoro è riportato in un documento, "Condensatori dielettrici con elettrodi interdigitali tridimensionali su nanoscala per l'accumulo di energia, " pubblicato in Progressi scientifici .
"Con il nostro approccio, abbiamo raggiunto una densità energetica di circa due watt per chilogrammo, che è significativamente superiore a quello di altre strutture di condensatori dielettrici riportate in letteratura, "dice Bingqing Wei, professore di ingegneria meccanica all'UD.
"Per quello che ci risulta, questa è la prima volta che vengono realizzati in pratica elettrodi interdigitali 3D su nanoscala, " aggiunge. "Con la loro superficie elevata rispetto alle loro dimensioni, i nanotubi di carbonio incorporati in architetture 3D progettate e strutturate in modo univoco ci hanno permesso di affrontare la scarsa capacità dei condensatori dielettrici di immagazzinare energia".
Bingqing Wei dell'Università del Delaware fa parte di un gruppo di ricerca che ha riferito sull'uso della nanotecnologia per migliorare la densità di energia dei condensatori dielettrici. Credito:Kathy F. Atkinson/Università del Delaware
Una delle chiavi del successo del nuovo condensatore è un design interdigitato, simile alle dita intrecciate tra due mani con "guanti", che riduce drasticamente la distanza tra gli elettrodi opposti e quindi aumenta la capacità del condensatore di immagazzinare una carica elettrica.
Un'altra caratteristica significativa dei condensatori è che l'esclusivo nuovo elettrodo tridimensionale in nanoscala offre anche una rottura ad alta tensione, il che significa che il materiale dielettrico integrato (allumina, Al2O3) non fallisce facilmente nella sua funzione prevista come isolante.
"A differenza delle versioni precedenti, prevediamo che i nostri condensatori dielettrici di nuova struttura siano più adatti per applicazioni sul campo che richiedono uno stoccaggio ad alta densità di energia, come alimentazione accessoria e sistemi di alimentazione ibridi, " dice Wei.
