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Les ingénieurs de développer des méthodes afin d'améliorer l'efficacité et la tolérance à la chaleur des appareils

2020-05-29


Xin Chen, un candidat doctorant au Département de Sciences et Génie des Matériaux à l'université de Penn State, et Qiming

Zhang,professeur émérite de génie électrique, de tester un film condensateur dans cette photo prise en janvier.

IMAGE: PENN STATE COLLEGE OF ENGINEERING


UNIVERSITY PARK, Pa. — Quand il s'agit de l'augmentation de stockage électrique de l'efficacité et de la rupture électrique de la force — la capacité d'un système électrique pour fonctionner à une tension plus élevée et des températures avec une grande amélioration de l'efficacité traditionnelle a conduit à une baisse de l'autre. Penn State chercheurs, dirigée par Qiming Zhang, professeur émérite de génie électrique, a récemment développé une méthode évolutive qui s'appuie sur des matériaux fabriqués à augmenter à la fois les propriétés.


Les chercheurs ont modifié un diélectrique de condensateur, un appareil qui stocke et régule l'énergie et est couramment utilisé dans l'électronique et les systèmes électriques. À l'aide de dopants —petits, conçus de matériaux a également appelé les métamatériaux — les chercheurs ont modifié le diélectrique du condensateur à augmenter la capacité de stockage tout en augmentant la charge électrique de l'efficacité, sens le condensateur peut résister à une plus grande tension avec très peu de perte d'énergie à des températures supérieures à 300 degrés Fahrenheit.


Alors que d'autres chercheurs ont été en mesure de le faire pour les condensateurs à diélectrique, les méthodes ont été trop cher à l'échelle pour une utilisation avec de vrais produits. Zhang et l'autre de Penn State chercheurs ont rapporté leurs résultats dans un numéro récent de la Science avance.


“Ce que nous avons fait est d'utiliser l'interface effets dans les nano-dopants à augmenter à la fois l'efficacité du stockage et de la rupture électrique de la force avec une très petite quantité de dopants et à un faible coût,” Zhang a dit. “Beaucoup de gens pensent qu'ils ont besoin pour remplir le condensateur avec beaucoup de charges pour le stockage de l'énergie de l'efficacité, mais nous avons montré que vous pouvez accomplir dans le sens contraire, c'est, en utilisant une très faible volume de contenu de comblement à très faible coût des matériaux, ce qui peut aussi conduire à une meilleure répartition de la force. Cela permet de maintenir le coût bas et fait de cette hautement évolutive.”


L'augmentation de la rupture électrique de la force dans un condensateur permettra à l'appareil de gérer des températures plus élevées sans une défaillance dans le système. C'est un trait important dans beaucoup de l'électronique et de systèmes électriques, y compris des voitures électriques, des industriels, des exercices et des réseaux électriques.


“Les véhicules électriques hybrides maintenant utiliser un condensateur faites d'un matériau connu comme BOPP,” Zhang a dit. “Ils travaillent bien jusqu'à 80 ° c (176 ° F). Toutefois, les véhicules peuvent faire très chaud, donc vous devez utiliser un agent de refroidissement. Il augmente les coûts et aussi ajoute du volume. Maintenant, vous pouvez utiliser thisnew capacitorwith métamatériaux, qui sont plus petits, afin de remplacer le condensateur et ne pas vous soucier de la boucle de refroidissement car il peut gérer des températures plus élevées.”


L'équipement utilisé pour le forage profond aussi potentiellement bénéficier d'une augmentation de la température de seuil et un plus petit, moins cher condensateur. Le réseau électrique seront susceptibles de bénéficier de ce nouveau développement technologique, en particulier en termes de l'augmentation de l'efficacité énergétique et la hausse de la rupture électrique de la force.


“Nous n'avons pas de créer un nouveau matériau, mais par l'utilisation de métamatériaux de cette façon, nous pouvons grandement améliorer la performance du matériel existant, sans ajouter de coûts,” Zhang a dit.


D'autres Penn State chercheurs travaillant sur ce projet sont Tian Zhang, l'étudiant diplômé en génie électrique et informatique, et Xin Chen, étudiant de troisième cycle en science des matériaux et de l'ingénierie, les deux premiers auteurs; Yash Thakur, l'étudiant diplômé en génie électrique et d'informatique; Blao Lu et Qlyan Zhang, post-doctorants en génie électrique et informatique, et James Runt, professeur émérite de science des polymères.

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