Un diagramme de la recherche sur les condensateurs diélectriques développé par une équipe de recherche dirigée par l'Université du Delaware. Crédit :Kathy F. Atkinson/Université du Delaware
21 octobre 2015, était le jour où Doc Brown et Marty McFly ont atterri dans le futur dans leur DeLorean, avec un voyage dans le temps rendu possible par un "condensateur à flux".
Alors que le condensateur de flux évoque toujours des images de science-fiction, les condensateurs sont désormais des composants clés de l'électronique portable, systèmes informatiques, et véhicules électriques.
Contrairement aux piles, qui offrent une capacité de stockage élevée mais une livraison lente de l'énergie, les condensateurs offrent une livraison rapide mais une faible capacité de stockage.
Beaucoup d'efforts ont été consacrés à l'amélioration de cette caractéristique - connue sous le nom de densité d'énergie - des condensateurs diélectriques, qui comprennent un matériau isolant pris en sandwich entre deux plaques métalliques conductrices.
Maintenant, un groupe de chercheurs de l'Université du Delaware et de l'Académie chinoise des sciences a utilisé avec succès la nanotechnologie pour atteindre cet objectif.
Le travail est rapporté dans un document, "Condensateurs diélectriques avec électrodes interdigitées tridimensionnelles à l'échelle nanométrique pour le stockage d'énergie, " Publié dans Avancées scientifiques .
« Avec notre approche, nous avons atteint une densité d'énergie d'environ deux watts par kilogramme, ce qui est nettement supérieur à celui des autres structures de condensateurs diélectriques rapportées dans la littérature, " dit Bingqing Wei, professeur de génie mécanique à l'UD.
"A notre connaissance, c'est la première fois que des électrodes interdigitées nanométriques 3D sont réalisées en pratique, " ajoute-t-il. " Avec leur surface élevée par rapport à leur taille, les nanotubes de carbone intégrés dans des architectures 3D conçues et structurées de manière unique nous ont permis de remédier à la faible capacité des condensateurs diélectriques à stocker l'énergie. »
Bingqing Wei de l'Université du Delaware fait partie d'une équipe de recherche qui a rendu compte de l'utilisation de la nanotechnologie pour améliorer la densité énergétique des condensateurs diélectriques. Crédit :Kathy F. Atkinson/Université du Delaware
L'une des clés du succès du nouveau condensateur est une conception interdigitée - similaire à des doigts entrelacés entre deux mains avec des "gants" - qui diminue considérablement la distance entre les électrodes opposées et augmente donc la capacité du condensateur à stocker une charge électrique.
Une autre caractéristique importante des condensateurs est que la nouvelle électrode nanométrique tridimensionnelle unique offre également un claquage à haute tension, ce qui signifie que le matériau diélectrique intégré (alumine, Al2O3) ne manque pas facilement à sa fonction d'isolant.
"Contrairement aux versions précédentes, nous nous attendons à ce que nos condensateurs diélectriques nouvellement structurés soient plus adaptés aux applications sur le terrain qui nécessitent un stockage à haute densité d'énergie, tels que l'alimentation électrique des accessoires et les systèmes d'alimentation hybrides, " dit Wei.
