Ученые создали устройства хранения энергии нового поколения

Конденсатор состоит из материалов, синтезированных с помощью версии химической реакции следующего поколения, за которую трое ученых получили Нобелевскую премию по химии 2022 года, передает focus.ua

Полимерные пленочные конденсаторы сохраняют и выделяют энергию в электрическом поле, используя тонкий пластиковый слой в качестве изолятора. На их долю приходится около 50% мирового рынка высоковольтных конденсаторов, и они обладают такими преимуществами, как малый вес, низкая стоимость, механическая гибкость и надежность в циклическом использовании. Но производительность современных полимерных пленочных конденсаторов резко снижается с увеличением температуры и напряжения.

Помимо того, что конденсатор должен оставаться стабильным при воздействии высоких температур, он должен быть прочным "диэлектрическим" материалом, а это означает, что он остается сильным изолятором при воздействии высоких напряжений. Сегодня существует всего несколько известных материалов, которые обеспечивают как термическую стабильность, так и диэлектрическую прочность. Этот дефицит обусловлен отсутствием надежных и удобных методов синтеза, а также отсутствием фундаментального понимания взаимосвязи между структурой и свойствами полимера.

Но ученым из лаборатории Лоуренса Беркли удалось привнести новинку в эту сферу. Они использовали простую и быструю химическую реакцию, разработанную в 2014 году, которая заменяет атомы фтора в соединениях, содержащих связи фторид серы, с получением длинных полимерных цепочек молекул сульфата, называемых полисульфатами.

Полисульфаты отливаются в гибкие отдельно стоящие пленки. Высокотемпературные высоковольтные конденсаторы на основе таких пленок демонстрируют современные свойства накопления энергии при температуре 150 градусов. Такие силовые конденсаторы обещают повысить энергоэффективность и надежность интегрированных энергосистем в электромобилях.

Эта реакция обмена серы и фтора (SuFEx) представляет собой версию следующего поколения химической реакции щелчка, впервые разработанную К. Барри Шарплессом, химиком из Scripps Research и двукратным лауреатом Нобелевской премии по химии, вместе с Пэн Ву, также химиком в Scripps Research. Эти реакции соединяют отдельные молекулярные образования посредством прочных химических связей, образующихся между различными реакционноспособными группами.

Лю и его коллеги обнаружили, что, как ни удивительно, полисульфаты обладают выдающимися диэлектрическими свойствами, особенно в высоких электрических полях и температурах. 

"Некоторые коммерческие и лабораторные полимеры известны своими диэлектрическими свойствами, но полисульфаты никогда не рассматривались. Соединение между полисульфатами и диэлектриками является одной из новинок", — говорят ученые.