زيادة كثافة طاقة المكثفات العازلة بتقنية النانو
عبر استخدام تقنية الصفائح النانوية أنتج الباحثون مكثفًا عازلًا عالي الأداء لتخزين الطاقة. فقد استخدم فريق بحثي بجامعة ناغويا في اليابان، بالتعاون مع المعهد الوطني لعلوم المواد (NIMS)، تقنية الصفائح النانوية لتطوير مكثف عازل كهربائي بأعلى أداء تخزين.
تعد تقنيات تخزين الطاقة الفعالة من حيث التكلفة والمرونة ضرورية للاستخدام الفعال للطاقة المتجددة وتمكين الطاقة النظيفة من أن يكون لها تطبيقات جديدة وواسعة الانتشار. تواجه تكنولوجيا تخزين الطاقة الحالية مثل بطاريات الليثيوم أيون، تحديات مثل فترات الشحن الطويلة، وتدهور الإلكتروليت والعمر الطويل وحتى الاشتعال غير المرغوب فيه.
من بين البدائل الواعدة هو مكثفات تخزين الطاقة العازلة للكهرباء، والتي لها العديد من المزايا مثل وقت الشحن القصير لبضع ثوان، والعمر الطويل وكثافة الطاقة العالية. لذلك يمكن أن تصبح أجهزة تخزين الطاقة مريحة وآمنة. ومع ذلك ، فإن المكثفات العازلة الحالية لها كثافة طاقة أقل بكثير مقارنة بأجهزة تخزين الطاقة الأخرى ، مثل البطاريات والمكثفات الفائقة.
كما وتعتمد كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن أن يخزنها مكثف عازل على درجة الاستقطاب (فصل الشحنات الكهربائية في المادة العازلة). لذلك، فإن الحل لتحقيق كثافة طاقة عالية هو استخدام المجال الكهربائي لمادة ثابتة عازلة عالية. ومع ذلك فإن المواد التي يمكنها تحمل قيم المجال الكهربائي العالية محدودة.
بغية ايجاد حلّ لهذه المشكلة استخدم الباحثون طبقات صفيحة نانوية مصنوعة من الكالسيوم والصوديوم والنيوبيوم والأكسجين مع بنية بلورية بيروفسكايت. تتميز الصفيحة النانوية بقوة عازلة عالية للغاية، حتى في حالة الطبقة الواحدة، وهي أعلى من المواد العازلة التقليدية. تتميز المكثفات النانوية متعددة الطبقات بكثافة طاقة عالية جدًا وكفاءة عالية وموثوقية ممتازة، والتي تُظهر أيضًا استقرارًا في درجة الحرارة. تعمل تقنية النانوبلات على زيادة كثافة الطاقة للمكثفات العازلة.