Προσφέροντας έως και 170 φορές υψηλότερη πυκνότητα!

Σε μια σημαντική εξέλιξη για τον τομέα της μικροηλεκτρονικής, ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley και του Πανεπιστημίου Berkeley στις Η.Π.Α. στην πολιτεία της Καλιφόρνια, ανέπτυξαν καινοτόμους "μικροπυκνωτές" που υπόσχονται να φέρουν επανάσταση!

Η πρωτοποριακή τους ανακάλυψη περιγράφεται λεπτομερώς σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature και περιλαμβάνει τη χρήση λεπτών ταινιών οξειδίου του χαφνίου και οξειδίου του ζιρκονίου για τη δημιουργία πυκνωτών με εξαιρετικά βελτιωμένες δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας.

Παραδοσιακά, οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ δύο μεταλλικών πλακών που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό υλικό. Ενώ προσφέρουν γρήγορη παροχή ενέργειας και μεγαλύτερη αντοχή σε σύγκριση με τις μπαταρίες, η ενεργειακή τους πυκνότητα είναι σχετικά χαμηλή. Οι νέοι αυτοί μικροπυκνωτές, ωστόσο, αξιοποιούν υλικά αρνητικής χωρητικότητας για να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό, επιτυγχάνοντας εννέα φορές υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και 170 φορές υψηλότερη πυκνότητα ισχύος από τους καλύτερους σημερινούς ηλεκτροστατικούς πυκνωτές.

Η ερευνητική ομάδα το πέτυχε αυτό με εξαντλητικά πειράματα για τη δημιουργία των κατάλληλων λεπτών ταινιών HfO2-ZrO2, ώστε να πολώνονται εύκολα κάτω από ένα μικρό ηλεκτρικό πεδίο και την ενσωμάτωση ατομικά λεπτών στρωμάτων οξειδίου του αλουμινίου. Αυτή η προσέγγιση τους επέτρεψε να μειώσουν το πάχος των ταινιών σε μόλις 100 νανόμετρα, διατηρώντας παράλληλα τις επιθυμητές ιδιότητες. Οι ταινίες αυτές ενσωματώθηκαν στη συνέχεια σε τρισδιάστατες δομές μικροπυκνωτών, με αποτέλεσμα πρωτοφανείς επιδόσεις.

Ο Sayeef Salahuddin, επικεφαλής του προγράμματος και ανώτερος επιστήμονας στο Berkeley Lab, εξέφρασε την έκπληξή του για τα αποτελέσματα, σημειώνοντας ότι οι νέοι τους πυκνότητες ξεπέρασαν όλες τις προσδοκίες. Η τεχνολογία είναι έτοιμη να καλύψει την αυξανόμενη ζήτηση για συμπαγείς λύσεις αποθήκευσης ενέργειας σε IoT συσκευές, edge computing συστήματα και AI επεξεργαστές. Πλέον, η ομάδα του επικεντρώνεται στην κλιμάκωση αυτής της τεχνολογίας και στην περαιτέρω ενίσχυση των ιδιοτήτων χωρητικότητας.