Новый экологически чистый материал для хранения энергии превосходит существующие конденсаторы

Исследователями из Австралийского Национального Университета (Australian National University (ANU)) был разработан новый материал, который может накапливать большие объемы энергии с незначительными энергетическими потерями. Материал может иметь практическое применение в энергетических аккумуляторах электросетей, электромобилях, а также космических технологиях.

«Диэлектрические материалы используются для создания фундаментальных электрических компонентов – конденсаторов, устройств для накопления энергии», говорит доцент Yun Liu из Исследовательской Школы Химии при ANU.

Новый диэлектрический металлооксидный материал (разработанный на основе титана, ниобия и индия) превосходит существующие конденсаторы по многим параметрам, накапливает большие объемы энергии и стабильно работает при температурах от -190°С до 180°С, а также дешевле в производстве, чем существующие компоненты.

«Наш материал работает значительно лучше существующих материалов с высокой диэлектрической постоянной и поэтому имеет огромный потенциал. С дальнейшими разработками, этот материал может быть использован в суперконденсаторах, способных накапливать огромные количества энергии, превосходя существующие ограничения в хранении энергии и открывая дверь для инноваций в областях возобновляемой энергетики, электромобилей и даже космических технологий», говорит Yun Liu.

Материал может быть особенно полезен для ветровой и солнечной энергетики, областей со значительными перепадами потоков генерируемой энергии, требующих механизмов сглаживания пиковых нагрузок на систему.

«Энергия, входящая в электросеть должна быть сбалансированной в отношении потребительских нагрузок в любой момент времени», говорит профессор Ray Withers. «Это означает, что очень важно иметь возможность накапливать энергию до того момента, когда в ней действительно будет необходимость».

Годами ученые пытались спроектировать новые диэлектрические материалы для создания более эффективных энергохранилищ. Этот процесс оказался сложным, поскольку новые материалы должны отвечать трем требованиям: иметь высокую диэлектрическую постоянную (накапливать большие объемы энергии), низкие диэлектрические потери (энергия не должна исчезать в процессе хранения), а также возможность работы в широком спектре температур.

«Если вы имеете высокую диэлектрическую постоянную и высокие диэлектрические потери, материал становится бесполезным и похожим на дырявое ведро. Также материал будет бесполезным, если он хорошо работает только при определенной температуре, что делает невозможным его работу при естественных дневных температурных перепадах. Очень сложно достичь успеха во всех трех направлениях», говорит профессор Ray Withers.

После пяти лет тяжелой работы исследовательская команда разработала материал, отвечающий всем трем требованиям.

«Наш успех стал смесью удачи, экспериментов и расчетов», говорит доцент Yun Liu. «Когда мы впервые обнаружили этот материал, мы сразу осознали его высокий потенциал. Он экологически чист, нетоксичен и изобилен».