Un diagrama de la investigación del condensador dieléctrico desarrollado por un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Delaware. Crédito:Kathy F. Atkinson / Universidad de Delaware
21 de octubre 2015, fue el día en que Doc Brown y Marty McFly aterrizaron en el futuro en su DeLorean, con el viaje en el tiempo posible gracias a un "condensador de flujo".
Mientras que el condensador de flujo todavía evoca imágenes de ciencia ficción, los condensadores son ahora componentes clave de la electrónica portátil, sistemas informáticos, y vehículos eléctricos.
A diferencia de las baterías, que ofrecen una alta capacidad de almacenamiento pero una entrega lenta de energía, los condensadores proporcionan una entrega rápida pero una capacidad de almacenamiento deficiente.
Se ha dedicado un gran esfuerzo a mejorar esta característica, conocida como densidad de energía, de los capacitores dieléctricos, que comprenden un material aislante intercalado entre dos placas metálicas conductoras.
Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Delaware y la Academia de Ciencias de China ha utilizado con éxito la nanotecnología para lograr este objetivo.
El trabajo se informa en un documento, "Condensadores dieléctricos con electrodos interdigitales a nanoescala tridimensionales para almacenamiento de energía, " publicado en Avances de la ciencia .
"Con nuestro enfoque, logramos una densidad de energía de aproximadamente dos vatios por kilogramo, que es significativamente más alto que el de otras estructuras de condensadores dieléctricos reportados en la literatura, "dice Bingqing Wei, profesor de ingeniería mecánica en la UD.
"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que se han realizado en la práctica electrodos interdigitales a nanoescala 3D, ", añade." Con su gran superficie en relación con su tamaño, Los nanotubos de carbono integrados en arquitecturas 3D estructuradas y diseñadas de forma única nos han permitido abordar la baja capacidad de los condensadores dieléctricos para almacenar energía ".
Bingqing Wei de la Universidad de Delaware es parte de un equipo de investigación que ha informado sobre el uso de la nanotecnología para mejorar la densidad de energía de los condensadores dieléctricos. Crédito:Kathy F. Atkinson / Universidad de Delaware
Una de las claves del éxito del nuevo condensador es un diseño interdigitado, similar a dedos entrelazados entre dos manos con "guantes", que reduce drásticamente la distancia entre electrodos opuestos y, por lo tanto, aumenta la capacidad del condensador para almacenar una carga eléctrica.
Otra característica importante de los condensadores es que el nuevo electrodo a nanoescala tridimensional único también ofrece una ruptura de alto voltaje, lo que significa que el material dieléctrico integrado (alúmina, Al2O3) no falla fácilmente en su función prevista como aislante.
"A diferencia de las versiones anteriores, esperamos que nuestros condensadores dieléctricos recién estructurados sean más adecuados para aplicaciones de campo que requieren almacenamiento de alta densidad de energía, como la fuente de alimentación auxiliar y los sistemas de energía híbridos, "Dice Wei.
