Kleiner Kondensator, viel Energie: Tsinghua-Team verbessert bleifreie Keramikbauteile
Vielschicht-Keramikkondensatoren stecken in nahezu jeder Elektronik. Forscher aus Peking erreichen mit einem bleifreien Material 19,8 Joule pro Kubikzentimeter bei 89,3 Prozent Wirkungsgrad.
Symbolbild · Foto: Giovanna 27 / Wikimedia Commons, CC BY 4.0 (zugeschnitten und skaliert)
Vielschicht-Keramikkondensatoren (MLCC) gehören zu den häufigsten Bauteilen in elektronischen Geräten. Bleifreie Varianten stoßen bei hohen Temperaturen und starken elektrischen Feldern aber an Grenzen: Leckströme nehmen zu, die Durchschlagfestigkeit ist begrenzt. Forscher der Tsinghua-Universität und der Beijing University of Posts and Telecommunications haben dazu am 25. Oktober in „Nature Communications“ einen Lösungsansatz veröffentlicht.
Ihr Material basiert auf Bariumtitanat und wird auf mehreren Ebenen zugleich optimiert: Mehrere Elemente werden in das Kristallgitter eingebaut – die Forscher sprechen von „hoher Entropie“. Die Körner werden feiner und erhalten eine dünne Hülle aus Siliziumdioxid, und eine zusätzliche Sperrschicht trennt Elektroden und Keramik.
Das Ergebnis ist eine Energiedichte von 19,8 Joule pro Kubikzentimeter bei einem Wirkungsgrad von 89,3 Prozent und einer Feldstärke von 1.421 Kilovolt pro Zentimeter. Die Autoren berichten zudem von einer sehr guten Speicherleistung bei hohen Temperaturen und sehen in dem Ansatz einen allgemeinen Weg zu leistungsfähigeren Kondensatoren für die Energiespeicherung.