Les capacités de stockage et de libération rapide d’énergie des composants électriques sont essentielles pour de nombreuses applications, allant des dispositifs médicaux aux véhicules électriques. Des chercheurs allemands ont récemment mis au point une nouvelle stratégie de conception pour améliorer les performances de ces condensateurs, ouvrant la voie à des avancées significatives dans divers domaines.
Des condensateurs pour les stimulateurs cardiaques
Les stimulateurs cardiaques sont des dispositifs médicaux qui assurent le bon fonctionnement du cœur. Lorsque le rythme cardiaque est perturbé, le stimulateur cardiaque délivre une décharge électrique pour rétablir le rythme normal. Pour générer ces impulsions électriques, le stimulateur cardiaque a besoin d’un condensateur capable de se charger et de se décharger rapidement, fournissant ainsi une charge électrique suffisante pour réinitialiser le cœur.
Selon le chercheur Minh Duc Nguyen de l’Université de Twente, ces condensateurs doivent être en mesure de se charger et de se décharger jusqu’à des milliards de fois pour suivre le rythme cardiaque, sans quoi il faudrait remplacer le stimulateur cardiaque tous les quelques mois.
Une nouvelle conception pour des condensateurs plus efficaces
L’équipe de recherche a travaillé sur un type de condensateur utilisant plusieurs couches minces de différents matériaux. En ajoutant des couches, ils ont réussi à augmenter l’efficacité à plus de 90%, ce qui signifie que moins de 10% de la charge électrique utilisée pour la charge est perdue. Cela représente deux fois moins de perte d’énergie par rapport aux conceptions habituelles.
Ces nouveaux condensateurs fonctionnent dans une large plage de températures, de 25 à 200 °C, et peuvent se charger et se décharger jusqu’à 10 milliards de fois, soit une fois par seconde pendant plus de 300 ans.
Les chercheurs ont établi des règles d’optimisation de conception pour la combinaison de matériaux utilisés. Selon leur publication, ces règles devraient également être utiles pour optimiser d’autres systèmes multicouches et sont donc très pertinentes pour augmenter encore la densité de stockage d’énergie des condensateurs.
Cette étude, intitulée «Towards Design Rules for Multilayer Ferroelectric Energy Storage Capacitors – A Study Based on Lead-Free and Relaxor-Ferroelectric/Paraelectric Multilayer Devices», a été publiée dans la revue scientifique Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.202402070
