Кардиостимуляторы, дефибрилляторы, радиолокационные технологии и электромобили — все они нуждаются в электрических компонентах, называемых конденсаторами, которые могут накапливать и выделять большое количество энергии за считанные микросекунды. Исследователи из Университета Твенте недавно нашли способ увеличить срок хранения, эффективность и долговечность этих конденсаторов.
Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.
Кардиостимуляторы — это медицинские устройства , которые гарантируют, что сердце бьется так, как должно. Если сердечный ритм нарушен, кардиостимулятор подает электрический разряд, чтобы вернуть сердце в ритм. Кардиостимулятор учитывает усилие и при необходимости подает более быстрые импульсы. Например, когда вы тренируетесь. Для этих электрических импульсов кардиостимулятору необходим конденсатор для быстрой зарядки и разрядки. Это обеспечивает достаточно высокий электрический заряд, чтобы перезапустить сердце.
Исследователь Мин Дык Нгуен и его коллеги работали над новой стратегией проектирования этих конденсаторов, чтобы улучшить их хранение энергии , уменьшить количество энергии, теряемой каждый раз, когда они заряжаются или разряжаются, а также увеличить количество раз, когда они могут надежно заряжаться и разряжаться. «Он должен идти в ногу с вашим сердцебиением, поэтому он должен иметь возможность заряжаться и разряжаться миллиарды раз. В противном случае вам придется заменять кардиостимулятор каждые несколько месяцев», — объясняет Нгуен.
Нгуен и его команда работают над конденсатором, в котором используется несколько тонких слоев различных материалов. Добавляя слои, им удалось повысить эффективность более чем до 90%. Это означает, что он теряет менее 10% электрического заряда, используемого для зарядки. Это в два раза меньше потерь энергии по сравнению с обычными конструкциями. Он работает в широком диапазоне температур от 25°C до 200°C и может заряжаться и разряжаться до 10 миллиардов раз. Достаточно делать это раз в секунду на протяжении более 300 лет.
Исследователи вывели правила оптимизации дизайна для сочетания используемых материалов. «Ожидается, что эти правила также будут полезны для оптимизации других многослойных систем и поэтому очень актуальны для дальнейшего увеличения плотности накопления энергии в конденсаторах», — пишут они в своей публикации. Это открывает путь к созданию еще лучших конденсаторов.
