Zásadním problémem současných elektromobilů je pomalé nabíjení – násobně delší než natankování nádrže. Vědci z německé Fraunhoferovy společnosti pro rozvoj aplikovaného výzkumu přišli na způsob, jak zásadně účinněji chladit baterie a další součástky pomocí nanomembrány ze syntetických diamantů.
Diamant je známý skvělou tepelnou vodivostí: 4× až 5× vyšší než u mědi. Díky tomu je vhodný pro chlazení elektronických součástek, jako jsou procesory, polovodičové lasery nebo komponenty elektromobilů.
Nanomembrány ze syntetických diamantů
Nanomembrány ze syntetických diamantů lze integrovat do elektronických součástek, a tím až desetkrát snížit lokální tepelnou zátěž. Jedním z přínosů může být výrazně rychlejší nabíjení baterií elektromobilů, díky lepšímu odvodu odpadního tepla bude možné zvednout nabíjecí výkon. Uplatnění však může najít i v segmentu fotovoltaiky nebo systémech pro ukládání energie.
Diamantová nanomembrána
Stávající chladiče v podobě měděných nebo hliníkových destiček odvádí teplo z povrchu komponent a zabraňují jejich poškození v důsledku přehřátí. Proti tomu flexibilní diamantové membrány tenčí než lidský vlas lze integrovat přímo do součástek. Díky tomu se výrazně zlepší jejich energetická účinnost a životnost. Při použití v nabíjecí infrastruktuře mohou membrány přispět k až 5× vyšší rychlosti nabíjení.
Obecně platí, že nanesení měděné vrstvy pod součástku zlepšuje tepelný tok. Mezi mědí a komponentou se však nachází elektroizolační vrstva oxidu nebo nitridu, která má špatnou tepelnou vodivost. „Tuto mezivrstvu chceme nahradit naší diamantovou nanomembránou, která je mimořádně účinná při přenosu tepla do mědi,“ vysvětluje Matthias Mühle. „Protože je naše membrána flexibilní, může být umístěna kdekoli na součástce nebo mědi nebo integrována přímo do chladicího okruhu.“
Jak se vyrábí diamantová nanomembrána
Mühle a jeho tým vyrobili na samostatném křemíkovém plátku polykrystalickou diamantovou nanomembránu. Pak ji oddělili, otočili a odleptali spodní část diamantové vrstvy. Výsledkem je samostatný hladký diamant, který lze zahřát při nízké teplotě 80 °C a připojit k součástce.
„Tepelné zpracování automaticky spojí mikrometr tlustou membránu s elektronickou součástkou. Diamant pak již není samostatný, ale integruje se do systému,“ vysvětluje vědec. Aplikační testy s měniči a transformátory v segmentech, jako je elektrická doprava a telekomunikace, mají být zahájeny v průběhu letošního roku.