新しい3Dプリント技術によりガラス製マイクロスーパーキャパシタが作られ、マイクロエネルギー貯蔵性能が向上

新しい3Dプリント技術によりガラス製マイクロスーパーキャパシタが作られ、マイクロエネルギー貯蔵性能が向上
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-10-16 11:22 に最後に編集されました

2024年10月16日、アンタークティックベアは、スウェーデン王立工科大学の研究チームがACS Nano誌に画期的な研究を発表し、独自の3Dプリント法を使用してマイクロスーパーキャパシタ(MSC)を製造した結果を実証したことを知りました。この方法により、複雑なナノスケール機能の製造に必要な時間と複雑さが大幅に削減され、ポータブルデバイス向けのよりコンパクトでエネルギー効率の高いエネルギー貯蔵ソリューションが実現する可能性があります。

△ シリコン基板上に 3D プリントされたシリコンリッチガラスマイクロスーパーキャパシタ (MSC) のクローズアップ (拡大 4720 倍)
「この進歩は、自己完結型センサー、ウェアラブル、その他のIoTアプリケーションを含む、よりコンパクトでエネルギー効率の高いポータブルデバイスの開発につながる可能性があります」とKTHのマイクロナノシステム教授、フランク・ニクラウス氏は述べています。

△研究タイトルは「無機シリコンリッチガラスを用いた自己形成ナノ粒子による層状構造の3Dプリント」(ポータル)
技術研究開発の背景

マイクロスーパーキャパシタは重要なエネルギー貯蔵装置であり、その性能は電極の設計に大きく依存します。電極のエネルギー貯蔵と導電性を向上させるには、電極の表面積を増やし、イオンの高速輸送を促進する必要があります。しかし、既存の製造技術では、これら 2 つの要件を同時に満たすことはできません。

この新しい方法は、このようなデバイスを製造する際の 2 つの主要な課題に対処します。マイクロスーパーキャパシタの性能は、電気エネルギーを蓄積および伝導するために使用される電極に大きく依存します。したがって、高速イオン輸送を促進するには、より大きな電極表面積とナノスケールのチャネルが必要になります。 KTHの研究論文の筆頭著者であるPo-Han Huang氏は、この新しい研究では超短レーザーパルス3D印刷技術を使用して両方の課題に取り組んでいると述べた。

△シリコン基板上に3Dプリントされたシリコンリッチガラスマイクロスーパーキャパシタ(MSC)
マイクロスーパーキャパシタの製造に新たなアイデアを提供

研究者たちは、超短レーザーパルスを使用することで、水素シルセスキオキサン (HSQ) と呼ばれるガラス状の前駆物質に 2 つの重要な反応を同時に誘発できることを発見しました。

●最初の反応は自己組織化ナノプレートの形成を促進し、電極の表面積を大幅に増加させます。●2番目の反応は前駆体をシリコンを多く含むガラスに変換し、3D印刷プロセスの基礎を築きます。

この革新的なアプローチにより、多数のオープンチャネルを備えた電極を迅速かつ正確に製造できるようになり、表面積が最大化され、イオン輸送が加速されます。

△研究者らは、超短レーザーパルスがガラス状前駆体材料である水素シルセスキオキサン(HSQ)で2つの反応を同時に引き起こせることを発見した。研究者らは3Dプリント技術でマイクロスーパーキャパシタの製造に成功し、急速充放電条件下での優れた性能を実証した。研究結果によると、この方法はコンデンサの性能を大幅に向上させるだけでなく、幅広い応用の見通しも持っていることが示されています。

「私たちの研究結果は微細加工技術の大きな進歩であり、高性能エネルギー貯蔵装置の開発に幅広い影響を与える」と黄氏は指摘する。「マイクロスーパーキャパシタに加えて、私たちのアプローチは光通信、ナノ電気機械センサー、5D光データストレージなどの分野でも刺激的な可能性を示している。」

ニクラウス教授は次のように付け加えた。「この技術は既存の技術にとって重要な意味を持っています。現在、非マイクロ スーパーキャパシタはすでにブレーキ エネルギーを収集し、家電製品の電源を安定化し、再生可能エネルギーからのエネルギー収集を最適化できます。マイクロ スーパーキャパシタは、これらのアプリケーションのコンパクトさと効率をさらに向上させる可能性を秘めています。」



コンデンサ、マイクロ、ガラス、エネルギー貯蔵

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