Суперконденсатор на основе квазиодномерных полупроводников
Это идея появилась у меня давно, но тогда я еще плохо разбирался в теме, поэтому трудно было сказать, насколько она осуществима. Сейчас, пожалуй, могу сказать, что да. Правда, энергоемкость на единицу массы оказалась не такой уж фантастической, примерно такой же как у литий-ионных аккумуляторов, но есть основания полагать, что кое-чем это устройство будет лучше. Во-первых, как и положено конденсатору, будет быстрее чем аккумулятор разряжаться и заряжаться, а во-вторых, будет медленнее деградировать в процессе эксплуатации. Вот только может оказаться очень дорогим... Да, скорее всего, очень дорогим окажется. Ну ладно, расскажу на всякий случай.
Что такое вообще конденсатор и чем он отличается от аккумулятора? Если в аккумуляторе энергия запасается в результате химической реакции, то в конденсаторе проще - в виде зарядов, накапливающихся на обкладках. По количеству энергии на единицу массы существующие конденсаторы значительно хуже аккумуляторов, и к тому же они требуют очень высокого напряжения, которое при зарядке и разрядке приходится преобразовывать из рабочего напряжения в сети. Поэтому для хранения энергии конденсаторы используются редко. Но у них есть один плюс: их можно разряжать и заряжать практически мгновенно. Аккумуляторы быстрее некоторой скорости отдавать энергию вообще не могут, и если отбирать энергию слишком быстро, значительная часть теряется.
Теперь моя идея: есть такие вещества - квазиодномерные полупроводники. Это кристаллы, большая часть которых состоит из неметаллов, но есть атомы металлов, выстроившиеся в цепочку, как бы образующие провод толщиной в один атом. Берем торцевую поверхность кристалла и наносим на нее контакты так, чтобы они соединялись не со всеми цепочками, а "через раз". Ну, то есть, не строго с каждой второй, а так, чтобы с одними соединялись, а с другими - нет, и чтобы подключенные и не подключенные цепочки находились близко. Сначала я предполагал делать дырки при помощи частиц из ускорителя, но сейчас есть уже техпроцесс микросхем с масштабом 2 нм, а тут даже не сложная какая-то электроника, а просто контакты. Итак, нанесли. После этого погружаем противоположный торец кристалла в электролит и запускаем такую электрохимическую реакцию, чтобы на противоположных концах подсоединенных цепочек появилось изолирующее покрытие. Потом наносим на противоположный торец контакт, который подсоединится ко всем оставшимся цепочкам. Мы получили две вставленные друг в друга "щетины" проводников. Поверхность огромная, расстояние маленькое, емкость огромная. И все дефекты устранены в процессе электролитического покрытия, потому что если где-то внутри кристалла одна цепочка замыкается с другой, то эта другая тоже окажется заизолирована.
Высокое напряжение не потребуется, даже наоборот, напряжение должно быть не больше 2 вольт, иначе может пробить. Энергоемкость на единицу массы (очень приблизительно) 600 кДж/кг, примерно столько же, сколько у литий-ионных аккумуляторов. И есть основания полагать, что прослужит гораздо дольше, вроде, там особенно нечему ломаться.
Вот только вырастить достаточно правильный кристалл, чтобы в нем была непрерывная цепочка от одного торца до другого, наверное, будет сложно. Идеальная структура не обязательна, но нужно, чтобы цепочки, начинающиеся на одном торце, продолжались больше, чем на половину толщины... Хотя... Нигде ведь не сказано какой должна быть эта толщина. Может быть и 1 мм. И 0.1 мм...
Что такое вообще конденсатор и чем он отличается от аккумулятора? Если в аккумуляторе энергия запасается в результате химической реакции, то в конденсаторе проще - в виде зарядов, накапливающихся на обкладках. По количеству энергии на единицу массы существующие конденсаторы значительно хуже аккумуляторов, и к тому же они требуют очень высокого напряжения, которое при зарядке и разрядке приходится преобразовывать из рабочего напряжения в сети. Поэтому для хранения энергии конденсаторы используются редко. Но у них есть один плюс: их можно разряжать и заряжать практически мгновенно. Аккумуляторы быстрее некоторой скорости отдавать энергию вообще не могут, и если отбирать энергию слишком быстро, значительная часть теряется.
Теперь моя идея: есть такие вещества - квазиодномерные полупроводники. Это кристаллы, большая часть которых состоит из неметаллов, но есть атомы металлов, выстроившиеся в цепочку, как бы образующие провод толщиной в один атом. Берем торцевую поверхность кристалла и наносим на нее контакты так, чтобы они соединялись не со всеми цепочками, а "через раз". Ну, то есть, не строго с каждой второй, а так, чтобы с одними соединялись, а с другими - нет, и чтобы подключенные и не подключенные цепочки находились близко. Сначала я предполагал делать дырки при помощи частиц из ускорителя, но сейчас есть уже техпроцесс микросхем с масштабом 2 нм, а тут даже не сложная какая-то электроника, а просто контакты. Итак, нанесли. После этого погружаем противоположный торец кристалла в электролит и запускаем такую электрохимическую реакцию, чтобы на противоположных концах подсоединенных цепочек появилось изолирующее покрытие. Потом наносим на противоположный торец контакт, который подсоединится ко всем оставшимся цепочкам. Мы получили две вставленные друг в друга "щетины" проводников. Поверхность огромная, расстояние маленькое, емкость огромная. И все дефекты устранены в процессе электролитического покрытия, потому что если где-то внутри кристалла одна цепочка замыкается с другой, то эта другая тоже окажется заизолирована.
Высокое напряжение не потребуется, даже наоборот, напряжение должно быть не больше 2 вольт, иначе может пробить. Энергоемкость на единицу массы (очень приблизительно) 600 кДж/кг, примерно столько же, сколько у литий-ионных аккумуляторов. И есть основания полагать, что прослужит гораздо дольше, вроде, там особенно нечему ломаться.
Вот только вырастить достаточно правильный кристалл, чтобы в нем была непрерывная цепочка от одного торца до другого, наверное, будет сложно. Идеальная структура не обязательна, но нужно, чтобы цепочки, начинающиеся на одном торце, продолжались больше, чем на половину толщины... Хотя... Нигде ведь не сказано какой должна быть эта толщина. Может быть и 1 мм. И 0.1 мм...