Sekret tkwi w ultraniskiej indukcyjności
Wydajność modułu ULIS opiera się na radykalnym zmniejszeniu tzw. indukcyjności pasożytniczej. Jest to opór, jaki stawia przepływającemu prądowi, powodując straty energii podczas jej konwersji. Zespół z NREL twierdzi, że ich wynalazek osiąga wartość indukcyjności od siedmiu do dziewięciu razy niższą niż jakiekolwiek nowoczesne moduły z węglika krzemu dostępne na rynku. Dzięki temu przełączanie prądu może zachodzić niezwykle szybko, przy minimalnych stratach. Sam moduł pracuje przy parametrach 1200 V i 400 A, co otwiera drogę do zastosowań w wielu dziedzinach – od infrastruktury IT po zaawansowany sprzęt wojskowy.
Uważamy ULIS za prawdziwy przełom. To przyszłościowy, ultraszybki moduł mocy, który sprawi, że następna generacja przetwornic mocy będzie bardziej przystępna cenowo, wydajna i kompaktowa – podkreśla Faisal Khan, główny badacz elektroniki mocy w NREL
Tradycyjne moduły łączą miedź z ceramiczną podkładką, która dobrze odprowadza ciepło, lecz jest przy tym ciężka i sztywna. W ULIS zastąpiono ją elastycznym polimerem o nazwie Temprion. Pozwoliło to na stworzenie cieńszej, lżejszej i bardziej podatnej konstrukcji. Taka budowa umożliwia upakowanie większej liczby komponentów na mniejszej przestrzeni. Nowatorskie prowadzenie ścieżek prądowych ma też maksymalnie redukować niepożądane pole magnetyczne. Efektem ma być czystsza moc wyjściowa i bardzo wysoka sprawność. Co ciekawe, moduł może działać jako izolowana, bezprzewodowa jednostka, kontrolowana zdalnie.
Potencjalne zastosowania są bardzo szerokie
Możliwości wykorzystania ULIS wykraczają daleko poza zwykłe przetwarzanie energii. Moduł nadaje się do centrów danych, sieci elektroenergetycznych, małych reaktorów czy pojazdów ciężarowych, w tym nowej generacji samolotów i sprzętu wojskowego. Szczególnie istotna jest zdolność do samodiagnostyki. Urządzenie potrafi monitorować swój stan i przewidzieć awarię elementu, zanim ta nastąpi. Dla maszyny latającej na wysokości 9000 metrów lub pojazdu w strefie walki taka niezawodność jest bezcenna. Technologia może też być katalizatorem dla rozwoju elektrycznych taksówek powietrznych (eVTOL), których opłacalność często stoi pod znakiem zapytania ze względu na wagę i wydajność napędów.
Jednym z najbardziej obiecujących aspektów jest cena. Koszty wytworzenia szacuje się na setki dolarów, nie tysiące. Osiągnięto to dzięki zastosowaniu powszechnie dostępnych materiałów i innowacjom w procesie produkcyjnym, zaproponowanym m.in. przez Sarwara Islama z NREL. Płaska, dwuwymiarowa struktura nie tylko obniżyła koszty, ale i uprościła wytwarzanie. Moduł jest już gotowy do licencjonowania, co może przyspieszyć jego komercjalizację. ULIS powstał z myślą o skalowalności i przyszłych materiałach półprzewodnikowych. Ma dostosowywać się nie tylko do węglika krzemu, ale też do azotku galu czy obiecującego, choć jeszcze nie skomercjalizowanego, tlenku galu. Dzięki swojej konstrukcji może stać się kluczowym komponentem dla przyszłych systemów fuzyjnych, które wymagają ultra-wydajnych przetworników mocy impulsowej. To pokazuje skalę potencjału tej technologii.
Czy to rozwiązanie wszystkich problemów?
ULIS z pewnością nie zażegna światowego kryzysu energetycznego. Jego prawdziwa wartość może leżeć w czymś innym – w pokazaniu, że czasem największe korzyści można osiągnąć nie przez produkcję większej ilości energii, lecz przez mądrzejsze jej wykorzystanie. W czasach gwałtownie rosnącego zapotrzebowania każdy procent wyższej sprawności ma znaczenie. Technologia wygląda obiecująco na papierze, ale jej faktyczne możliwości poznamy za sprawą testów w realnych warunkach i przy masowej produkcji.