Потребность в эффективных материалах для хранения электрической энергии растет вместе с постоянно растущим спросом на электрическую энергию в мобильных приложениях. Использование гибридных зольгелиевых материалов из диоксида кремния и самоорганизующихся монослоев жирной кислоты позволило исследователям разработать новый диэлектрический материал для конденсаторов, который обеспечивает хранение электрической энергии с высокими плотностями энергии и мощности. Устройства, изготовленные из нового материала, могут превзойти традиционные электролитические конденсаторы.
Новый материал состоит из зольгелиевой пленки диоксида кремния, содержащей полярные группы, связанные с атомами кремния и наноразмерным самоорганизующимся монослоем октилфосфоновой кислоты, что обеспечивает изоляционные свойства. Двухслойная структура предотвращает инжекцию электронов в материал, обеспечивает низкий ток утечки, высокую электрическую прочность и эффективное высвобождение энергии.
Насколько известно исследователям раньше никто не объединял эти два типа используемых материалов для применения в устройствах хранения энергии высокой плотности. Исследователи считают, что гибридные золь-гель материалы обладают высоким потенциалом для эффективного хранения электрической энергии из-за высокой ориентационной поляризации под действием электрического поля.
Образцы нового гибридного золь-гель материала.
В ходе эксперимента было показано, что максимальная плотность энергии при использовании нового материала составляет до 40 Дж/см3, а плотность мощности 520 Вт/см3. Производительность превышает обычные электролитические конденсаторы и тонкопленочные литий-ионные батареи, хотя и не достигает параметров литий-ионных батарей, обычно используемых в электронных устройствах и автомобилях.
Следующим шагом исследователей будет масштабировать материал, чтобы изучить его свойства при использовании в более крупных устройствах.
Источник: Yunsang Kim, Mohanalingam Kathaperumal, Vincent W. Chen, Yohan Park, Canek Fuentes-Hernandez, Ming-Jen Pan, Bernard Kippelen, Joseph W. Perry. Bilayer Structure with Ultrahigh Energy/Power Density Using Hybrid Sol-Gel Dielectric and Charge-Blocking Monolayer . Advanced Energy Materials, 2015; DOI: 10.1002/aenm.201500767