Вчені Національної лабораторії Лоуренса Берклі та Scripps Research розробили революційний конденсатор на основі полімеру, що ефективно обробляє рекордні кількості енергії, витримуючи при цьому екстремальні температури та електричні поля. Конденсатор складається з матеріалів, синтезованих за допомогою версії хімічної реакції наступного покоління, за яку троє вчених отримали Нобелівську премію з хімії 2022 року.Полімерні плівкові конденсатори зберігають та виділяють енергію в електричному полі, використовуючи тонкий пластиковий шар як ізолятор. На їхню частку припадає близько 50% світового ринку високовольтних конденсаторів, і вони мають такі переваги, як низька вага, низька вартість, механічна гнучкість і надійність у циклічному використанні.
Крім того, що конденсатор повинен залишатися стабільним під впливом високих температур, він повинен бути міцним "діелектричним" матеріалом, а це означає, що він залишається сильним ізолятором при дії високої напруги.
Сьогодні існує лише кілька відомих матеріалів, які забезпечують як термічну стабільність, так і діелектричну міцність. Цей дефіцит обумовлений відсутністю надійних та зручних методів синтезу, а також відсутністю фундаментального розуміння взаємозв'язку між структурою та властивостями полімеру.
Вчені використовували просту і швидку хімічну реакцію, розроблену в 2014 р., яка замінює атоми фтору в сполуках, що містять зв'язок фторид сірки, з отриманням довгих полімерних ланцюжків молекул сульфату, які називаються полісульфатами.
Полісульфати відливають у гнучкі плівки. Високотемпературні високовольтні конденсатори на основі таких плівок демонструють властивості накопичення енергії за температури 150 градусів. Такі силові конденсатори обіцяють підвищити енергоефективність та надійність вбудованих енергосистем у електромобілях.
Ця реакція обміну сірки і фтору (SuFEx) є версією наступного покоління хімічної реакції клацання, вперше розроблену К. Баррі Шарплессом, хіміком з Scripps Research і лауреатом Нобелівської премії з хімії, разом з Пен Ву, також хіміком у Scripps Research. Ці реакції поєднують окремі молекулярні утворення за допомогою міцних хімічних зв'язків, що утворюються між різними реакційними групами.
Вчені вказують, що виготовлені конденсатори мають чудову механічну гнучкість, витримують електричні поля напругою понад 750 мільйонів вольтів на метр і ефективно працюють при температурі до 150 градусів. Для порівняння, сучасні комерційні полімерні конденсатори надійно працюють тільки при температурах нижче 120 градусів. Вище за цю температуру вони можуть витримувати лише електричні поля напругою менше 500 мільйонів вольт на метр, а енергоефективність різко падає більш ніж удвічі.
