طور الباحثون مكثفًا فائقًا فائقًا جديدًا مع تخزين طاقة محسّن وقدرة إطلاق ، وهو يعمل بكامل طاقته وجاهز للنشر في أي نظام مصغر على الرقاقة.
نظرًا لكون المكثف الفائق الذي تم تطويره في المعهد الهندي للعلوم (IISc) ، في بنغالورو ، أصغر حجمًا وأكثر إحكاما من الموجود منها ، فمن المحتمل استخدامه عبر مجموعة من أجهزة تخزين الطاقة مثل إنارة الشوارع للإلكترونيات الاستهلاكية وبطاريات السيارات الكهربائية والأجهزة الطبية الأجهزة ، قالوا في دراسة.
في الوقت الحالي ، يتم تشغيل هذه الأجهزة بواسطة البطاريات ، والتي تميل إلى فقدان شحنتها المخزنة بمرور الوقت ، وبالتالي الطاقة المخزنة ، وبالتالي ، لها عمر افتراضي محدود.
من ناحية أخرى ، فإن المكثفات ، رغم محدودية قدرتها على تفريغ الطاقة بطريقة مستدامة مثل تشغيل الهاتف المحمول ، قادرة على تخزين الطاقة الكهربائية لفترة أطول ، بسبب تصميمها.
تجمع المكثفات الفائقة بين أفضل ما في العالمين من حيث أنها تستطيع تخزين وإطلاق كميات كبيرة من الطاقة ، وبالتالي فهي مطلوبة بشدة للأجهزة الإلكترونية من الجيل التالي ، وفقًا للدراسة المنشورة في مجلة ACS Energy Letters.
قالت الدراسة أنه تم استخدام ترانزستورات تأثير المجال الهجين (FETs) في تصنيع هذا المكثف الفائق كمجمعات شحنة على عكس الأقطاب الكهربائية القائمة على أكسيد معدني المستخدمة في المكثفات الحالية ، والتي تكون محدودة بسبب ضعف حركتها الإلكترونية.
قال أبها ميسرا ، الأستاذ في قسم الأجهزة والفيزياء التطبيقية (IAP) والمؤلف المقابل للدراسة: “استخدام FET كقطب كهربائي للمكثفات الفائقة هو شيء جديد لضبط الشحنة في المكثف”.
قام Misra وفريقه ببناء هذه FETs الهجينة عن طريق تبديل طبقات سميكة من ذرات قليلة من ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) والجرافين – لزيادة حركة الإلكترون – والتي تم توصيلها بعد ذلك بملامسات الذهب.
إن استخدام الإلكتروليت الهلامي الصلب المستخدم بين قطبي FET جعله مكثفًا فائق الحالة الصلبة ، والذي تم بناؤه على قاعدة من ثاني أكسيد السيليكون / السيليكون.
قال Misra أن التصميم ، الذي يدمج نظامي الأقطاب الكهربائية FET والهلام المنحل بالكهرباء بسعات شحن متفاوتة ، كان الجزء الحاسم.
قال فينود بانوار ، أحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة ، إن التحديات نشأت في تصنيع المكثف الفائق نظرًا لحجمه المجهري ، مما يتطلب دقة عالية وتنسيقًا بين اليد والعين.
عند التصنيع ، تم قياس السعة ، أو قدرة الاحتفاظ بالشحنة ، للمكثف الفائق عن طريق تطبيق الفولتية المختلفة. في ظل ظروف معينة ، تم العثور على السعة لتكون معززة بنسبة 3000 في المائة.
في المقابل ، تم تسجيل تعزيز بنسبة 18 في المائة فقط في سعة مكثف مصنوع فقط من MoS بدون الجرافين ، في ظل نفس الظروف.
قال الباحثون إنهم يخططون لاستكشاف ما إذا كان من الممكن تحقيق سعة أعلى من خلال استبدال MoS2 بمواد أخرى.
