Zintegrowane mikrosuperkondensatory na chipie (z lewej) vs aluminiowy kondensator elektrolityczny (z prawej) o identycznych osiągach, tj. pojemności, napięciu zasilania i szybkości. Źródło: Karolina Laszczyk, Advanced Energy Materials
Prace nad miniaturyzacją urządzeń do gromadzenia energii – tzw. superkondensatorów – prowadzi dr Karolina Laszczyk z Politechniki Wrocławskiej. W tym roku badaczka wygrała w konkursie “Innowacja jest kobietą”.
W konkursie Fundacji Kobiety Nauki – Polska Sieć Kobiet Nauki nagradzane są wynalazczynie – autorki innowacyjnych rozwiązań.
W tym roku nagrodę główną otrzymała dr Karolina Laszczyk. To badaczka z Międzywydziałowego Zakładu Mikroinżynierii i Fotowoltaiki Politechniki Wrocławskiej.
– Pracuję nad miniaturyzacją urządzeń, w tym nad chipowymi superkondensatorami zwanymi również kondensatorami elektrochemicznymi – mówi w rozmowie z PAP dr Laszczyk.
Badaczka opowiada, że superkondensatory – podobnie jak baterie – służą do gromadzenia energii. W odróżnieniu jednak od nich bardzo szybko, np. w ciągu sekund, ładują się i rozładowują. Na przykładzie samochodu elektrycznego rozmówczyni PAP wyjaśnia, czym są superkondensatory. – Na dzień dzisiejszy baterie i superkondensatory uzupełniają się. Baterie dostarczają energii, aby pojazd mógł jak najdłużej jechać. A superkondensatory dostarczają moc, aby pojazd ruszył lub gwałtowanie zahamował – opisuje. Jak dodaje, superkondensatory wciąż nie są w stanie gromadzić tyle energii, co baterie.
W opracowanym przez dr Laszczyk superkondensatorze elektrody są tysiące razy mniejsze aniżeli w komercyjnym kondensatorze, a przy tym mają identyczne osiągi tj. pojemność, napięcie zasilania, energię i moc. W produkcji nowych mikrosuperkondensatorów badaczka wykorzystała nanorurki węglowe. A one – w przeciwieństwie do wykorzystywanego w komercyjnych superkondensatorach węgla aktywnego – mogą gromadzić więcej ładunków elektrycznych w tej samej objętości i lepiej przewodzą prąd elektryczny. Dzięki temu z mniejszej objętości uzyskujemy podobną, a nawet wyższą energię.
Jak wyjaśnia, postęp w miniaturyzacji superkondensatorów przydać się może chociażby w tworzeniu coraz mniejszych urządzeń elektronicznych czy układów scalonych. Kiedy zmniejsza się wymiary elektrod takiego superkondensatora (w rezultacie mikrosuperkondensatora), wymiana jonów między katodą i anodą zachodzi znacznie szybciej. Dzięki temu czas ładowania skraca się do mili- a nawet mikrosekund.
Rozmówczyni PAP mówi, że teraz niezbędne dla układów zasilania w elektronice są aluminiowe kondensatory elektrolityczne. Mają one najczęściej kształt walca. – Są szybkie, dostarczają dużo mocy, ale są względnie duże i ciężkie – opowiada.
Tymczasem dr Laszczyk opracowała rozwiązanie, w którym pojedynczy superkondensator ma postać płaskiego chipa o rozmiarach 0,7 mm x 0,9 mm x 0,01 mm. Takie chipy można ze sobą łączyć szeregowo i równolegle, dzięki czemu można projektować ich osiągi. – Jeśli te elementy połączymy szeregowo – sumuje się ich napięcie. A jeśli połączymy je równolegle, sumują się ich pojemności – opowiada dr Laszczyk.
Nie ma ograniczenia, jeśli chodzi o liczbę łączonych w ten sposób elementów. – W pojedynczym procesie udało się wytworzyć ok. 4,7 tys. mikrosuperkondensatorów upakowanych na powierzchni o średnicy 10 cm – zaznacza dr Laszczyk. Przekonuje, że w ten sposób można uzyskać dowolne zadane parametry.
W pracach nad nowymi mikrosuperkondensatorami badaczka z PWr zastosowała technologię podobną do tej używanej do wytwarzania miniaturowych urządzeń w krzemie.
Dr Laszczyk ma nadzieję, że dzięki jej badaniom będzie można produkować mniejsze superkondensatory zużywając do tego mniej materiałów. A urządzenia łatwiej będzie zaadaptować do urządzeń mobilnych.
W bieżącej edycji konkursu “Innowacja jest kobietą” nagrodą jest prezentacja zwycięskiego projektu podczas Międzynarodowych Targów Pomysły, Wynalazki, Nowe Produkty iENA 2017 w Norymberdze.
Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala
