Cuando se trata de aumentar la eficiencia del almacenamiento eléctrico y la resistencia a la ruptura eléctrica, la capacidad de un sistema eléctrico para operar a mayor voltaje y temperaturas con gran eficiencia, aumentar uno tradicionalmente ha llevado a una disminución en el otro. Investigadores de Penn State,dirigido por Qiming Zhang, distinguido profesor de ingeniería eléctrica, recientemente desarrolló un método escalable que se basa en materiales de ingeniería para aumentar ambas propiedades.
Los investigadores alteraron un condensador dieléctrico, un dispositivo que almacena y regula la energía y se usa comúnmente en sistemas electrónicos y eléctricos. Usando dopantes, materiales pequeños y diseñados también llamados metamateriales, los investigadores alteraron el condensador dieléctrico para aumentar la capacidad de almacenamiento mientrasTambién aumenta la eficiencia de la carga eléctrica, lo que significa que el condensador puede soportar mayor voltaje con muy poca pérdida de energía a temperaturas superiores a 300 grados Fahrenheit.
Si bien otros investigadores han podido hacer esto para los condensadores dieléctricos, los métodos han sido demasiado caros de escalar para su uso con productos reales. Zhang y los otros investigadores de Penn State informaron sus resultados en un número reciente de Avances científicos .
"Lo que hemos hecho es usar efectos de interfaz en nano-dopantes para aumentar tanto la eficiencia de almacenamiento como la resistencia a la ruptura eléctrica con una cantidad muy pequeña de dopantes y a un bajo costo", dijo Zhang. "Mucha gente piensa quenecesita llenar el condensador con muchos rellenos para lograr una mayor eficiencia de almacenamiento de energía, pero le mostramos que puede lograrlo en la dirección opuesta, es decir, utilizando rellenos de contenido de muy bajo volumen con materiales de muy bajo costo, que puedentambién conducen a una mayor resistencia a la ruptura. Esto mantiene el costo bajo y lo hace altamente escalable ".
El aumento de la resistencia a la ruptura eléctrica en un condensador permitirá que el dispositivo maneje temperaturas más altas sin fallas en el sistema. Este es un rasgo importante en muchos sistemas electrónicos y eléctricos, incluidos automóviles eléctricos, taladros industriales y redes eléctricas.
"Los vehículos eléctricos híbridos ahora usan un condensador hecho de un material conocido como BOPP", dijo Zhang. "Funcionan bien hasta 80 grados Celsius 176 grados F. Sin embargo, los vehículos pueden calentarse mucho, por lo que debe usarun agente de enfriamiento. Aumenta el costo y también agrega volumen. Ahora, puede usar este nuevo condensador con metamateriales, que son más pequeños, para reemplazar el condensador existente y no preocuparse por el circuito de enfriamiento ya que puede manejar temperaturas más altas ".
El equipo utilizado para la perforación profunda también se beneficiará potencialmente de tener un umbral de temperatura mayor y un condensador más pequeño y menos costoso. La red eléctrica se beneficiará potencialmente de este nuevo desarrollo tecnológico, particularmente en términos de mayor eficiencia energética y mayor resistencia a la ruptura eléctrica.
"No creamos un nuevo material, pero al usar metamateriales de esta manera, podemos mejorar en gran medida el rendimiento de los materiales existentes sin agregar costos", dijo Zhang.
Otros investigadores de Penn State que trabajan en este proyecto son Tian Zhang, estudiante graduado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, y Xin Chen, estudiante graduado en ciencias de los materiales e ingeniería, ambos primeros autores; Yash Thakur, estudiante graduado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación; Blao Lu y Qlyan Zhang, becarios postdoctorales en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación; y James Runt, profesor emérito de ciencia de polímeros.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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