Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een manier gevonden om de efficiëntie van condensatoren te vergroten. Hiermee kunnen veel apparaten, van pacemakers tot radartransmitters, worden verbeterd.

 

Veel apparaten bevatten een condensator: een elektrische component die elektrische lading kan vasthouden. Een speciale categorie van deze apparatuur gebruikt de condensator voor pulse-power. Denk aan pacemakers die met behulp van stroomstootjes het hartritme reguleren en defibrillatoren die een stroomstoot geven bij een hartstilstand. In deze apparaten wordt de elektrische lading eerst opgebouwd en dan abrupt, binnen enkele milliseconden, afgegeven om het hart als het ware te resetten. Ook de flitser op een fotocamera werkt met pulse-power.

 

Energieverlies gehalveerd

Onderzoekers van het instituut voor nanotechnologie van de Universiteit Twente zijn er in geslaagd het ontwerp van dergelijke condensatoren sterk te verbeteren. Het energieverlies bij het opladen van deze nieuwe condensatoren is gehalveerd tot ongeveer 10 procent. Bovendien gaan ze bijzonder lang mee: ze kunnen pakweg tienmiljard keer op- en ontladen, meldt een nieuwsbericht op de website van de Universiteit Twente. Als ze dat elke seconde Ă©Ă©n keer doen, houden ze het daarmee zo’n driehonderd jaar vol. En de nieuwe condensator is breed inzetbaar: hij werkt bij temperaturen tussen 25 en 200 graden Celsius.

Op dit moment zijn pacemakers gemiddeld na een jaar of tien aan vervanging toe, omdat de batterij dan op is. Door de hogere efficiëntie zouden ze met de nieuwe condensator langer mee moeten gaan.

 

Gelaagde structuur

De verbetering zit in de gelaagdheid van de condensator. Waar een condensator vroeger uit twee lagen bestond – Ă©Ă©n voor de negatieve lading en Ă©Ă©n voor de positieve lading, zijn moderne condensatoren opgebouwd uit een systeem van meerdere, flinterdunne lagen. Onderzoeker Minh Duc Nguyen en zijn collega’s zochten de ideale stapeling van lagen van verschillende materialen om de condensator met de beste eigenschappen te ontwikkelen. Vooral de buitenste lagen bleken hierbij van belang te zijn.

De onderzoekers publiceerden de details van de nieuwe structuur en hun regels voor de ontwerpoptimalisatie half april in het vakblad Advanced Materials. Die regels zijn breed toepasbaar. Ook condensatoren in elektrische voertuigen kunnen ermee worden verbeterd.

 

Radartransmitters

‘In de komende jaren willen we deze kennis gaan toepassen bij condensatoren in radartransmitters’, zegt Nguyen. Een radarsysteem bestaat uit een transmitter die een serie radiosignalen uitzendt en een ontvanger die deze weer opvangt, nadat ze ergens tegen zijn gereflecteerd. Nguyen: ‘Pulse-power condensatoren kunnen hiervoor heel krachtige radiosignalen genereren, door de energie eerst op te slaan en deze vervolgens in zeer korte tijd vrij te geven.’

 

Openingsbeeld: Minh Duc Nguyen bij de machine waarmee de dunne lagen (films) voor de condensatoren worden gemaakt. Credits: Minh Duc Nguyen