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科学家的新作:快速充电的混合型超级电容器

发布时间:2019-10-12 17:59:29

目前,加州大学洛杉矶分校纳米系统研究所的科学家们成功地开发了一种新的混合型超级电容器,其不仅能够存储大量的能量和快速充电,而且寿命超过10,000个充电周期。

智能手机、平板电脑、笔记本电脑和其它个人便携式电子设备的使用数量剧涨已经使电池技术处于电子研究的前沿。然而当电子设备突飞猛进地发展时,电池的缓慢发展却阻碍技术的进步。

目前,加州大学洛杉矶分校纳米系统研究所的研究者已经成功地通过结合两种纳米材料创造了一种新型能量储存介质,它融合了电池与超级电容器的优良特性。

超级电容器是可以在数秒间而不是在数小时间完成快速充电且可以使用100万充电周期的电化学组件。然而,超级电容器不能像电池那样储存足够多的电量来运行我们的电脑和手机。

而最新研究的这种新型混合超级电容器可以存储大量的能量,快速充电,而且其寿命超过10,000个充电周期。加州纳米技术研究所的科学家也开发一种微型超级电容器,它小到可以安置在可穿戴或者可移植设备中。它仅仅是一张纸厚度的五分之一,但能够储存的电量却高达普通薄膜锂电池的两倍以上。

这项研究已经发表在the Proceedings of the National Academy of Science(美国国家科学院学报)上,该研究由化学、生物和材料科学与工程特聘教授Richard Kaner和一名博士后学者El-Kady领衔开展。

El-Kady 说:“微型超级电容器是一种新兴的配置,它是一种小型的可充电电源,但却比先前的微型薄膜锂电池有更高的容量。”

这种新型的电化学组件把LSG(激光剥离石墨烯)与MnO2结合起来,LSG是一种可以储存电荷、导电性良好且可以快速放电与充电的材料,而MnO2由于其可以保存大量电荷且廉价易得,目前被应用在碱性电池上。它们不需要在极端温度下或者昂贵的“干燥室”——生产目前的超级电容器所需的——中就可以制造出来。

“比方说,你想把少量电流通过一个胶布绷带以用于药物释放或者治疗援助技术,”Kaner 说,“微型超级电容器是如此薄以至于你可以把它装在绷带内部来供应电流。你也可以对它快速充电来使用更长时间。”

研究者发现超级电容器能够快速存储太阳能电池在白天产生的电荷,并且保存这些电荷直到夜晚,然后供应一个LED灯一晚上。这表明超级电容器有望应用于离(电)网街道照明系统。

“这种LSG-MnO2电容器可以储存于一个铅酸电池同等的电荷,但是却可以在几秒间快速充电,而且它们存储容量大约是最先进的商用超级电容器的六倍,”Kaner说,“这种制造致密、可靠且高能密度的超级电容器的可扩展的方式显示了它在现实应用中的广阔前景,同时我们也对其在不远的未来能够用于极大改善个人电子技术的可能性而感到兴奋。”

本文由材料人网编辑部华东组编辑整理

素材:苏鹏 翻译:叶虎 校对:李乐乐 审核:李团伟

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