21 okt. 2015, was de dag dat Doc Brown en Marty McFly in de toekomst landden in hun DeLorean, met tijdreizen mogelijk gemaakt door een "fluxcondensator".

Terwijl de fluxcondensator nog steeds sci-fi-beelden oproept, condensatoren zijn nu belangrijke componenten van draagbare elektronica, computersystemen, en elektrische voertuigen.

In tegenstelling tot batterijen, die een hoge opslagcapaciteit bieden, maar een trage levering van energie, condensatoren zorgen voor een snelle levering maar een slechte opslagcapaciteit.

Er is veel energie gestoken in het verbeteren van deze functie - bekend als energiedichtheid - van diëlektrische condensatoren, die een isolerend materiaal omvatten dat is ingeklemd tussen twee geleidende metalen platen.

Nutsvoorzieningen, een groep onderzoekers van de Universiteit van Delaware en de Chinese Academie van Wetenschappen heeft met succes nanotechnologie gebruikt om dit doel te bereiken.

Het werk wordt gerapporteerd in een krant, "Diëlektrische condensatoren met driedimensionale interdigitale elektroden op nanoschaal voor energieopslag, " gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

“Met onze aanpak we bereikten een energiedichtheid van ongeveer twee watt per kilogram, die aanzienlijk hoger is dan die van andere diëlektrische condensatorstructuren die in de literatuur worden vermeld, " zegt Bingqing Wei, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de UD.

"Voor zover we weten, dit is de eerste keer dat 3D-interdigitale elektroden op nanoschaal in de praktijk zijn gerealiseerd, " voegt hij eraan toe. "Met hun grote oppervlakte in verhouding tot hun grootte, koolstofnanobuisjes ingebed in uniek ontworpen en gestructureerde 3D-architecturen hebben ons in staat gesteld het lage vermogen van diëlektrische condensatoren om energie op te slaan aan te pakken."

Een van de sleutels tot het succes van de nieuwe condensator is een interdigitaal ontwerp - vergelijkbaar met verweven vingers tussen twee handen met "handschoenen" - dat de afstand tussen tegenover elkaar liggende elektroden drastisch verkleint en daardoor het vermogen van de condensator om een ​​elektrische lading op te slaan vergroot.

Een ander belangrijk kenmerk van de condensatoren is dat de unieke nieuwe driedimensionale elektrode op nanoschaal ook hoogspanningsdoorslag biedt, wat betekent dat het geïntegreerde diëlektrische materiaal (aluminiumoxide, Al2O3) faalt niet gemakkelijk in zijn beoogde functie als isolator.

"In tegenstelling tot eerdere versies, we verwachten dat onze nieuw gestructureerde diëlektrische condensatoren geschikter zijn voor veldtoepassingen die opslag met een hoge energiedichtheid vereisen, zoals accessoire voeding en hybride energiesystemen, "zegt Wei.