可弯曲超级电容器:充电几秒钟通话几小时

文章作者:lili | 2016-11-29
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当我第一次看见某广告是充电5分钟,电话几小时的时候,感觉颇为神奇。但是科学发展往往令我们更加吃惊。据国外媒体报道,科学家最近研究出一种更神奇的技术——可弯曲的超级电容器,运用在手机上的话,充电几秒钟,通话几小时将成为现实。这项技术在运用于航空领域,那么卫星或者是其它探测器就能更多时间去探测了。对于现在痴迷于手机的一族而言,这项技术也是梦寐以求的,不知道技术在什么时候能量产和投放市场呢?

中佛罗里达大学(UCF)纳米科学技术中心的一组科学家近日研发了一种新型可弯曲超级电容器,具有很高的能量与功率密度。  中佛罗里达大学(UCF)纳米科学技术中心的一组科学家近日研发了一种新型可弯曲超级电容器,具有很高的能量与功率密度。

图片显示了该电容器的一部分设计。图片显示了该电容器的一部分设计。

  据国外媒体报道,中佛罗里达大学(UCF)纳米科学技术中心的一组科学家近日研发了一种制造可弯曲超级电容器的新方法,能够储存更多电量,并且充电次数哪怕多达3万次,性能也不会衰减。该方法将为手机、电动汽车等技术带来革命性的变化。 “如果给手机装上了这些超级电容器,充电只需几秒钟便可完成,并且能持续使用超过一周。”完成了大部分研究工作的博士后研究助理尼廷·丘德哈里(Nitin Choudhary)指出。

  使用智能手机的人都遇到过这样的问题:过了一年半左右,电池便会退化,充电后可使用的时间会越来越短。科学家一直在试图用纳米材料改进超级电容器的性能,从而提升电子设备中电池的表现,甚至将电池取而代之。这个问题颇为棘手,因为超级电容器要想储存与锂离子电池相同的电量,体积就要比后者大得多。

  中佛罗里达大学的研究团队试图将一些新发现的、只有几个原子厚的二维材料运用到超级电容器上。其他研究人员也尝试过采用石墨烯和其它二维材料,但成功的案例少之又少。“人们在将二维材料与现有电池材料融合的过程中存在一些问题,这一直是该领域的一大瓶颈。而我们研发了一种简单的化学合成方法,可以将现有材料与二维材料很好地融合在一起。”该项目的主要研究员、纳米科学技术研究中心和材料科学与工程学院助理教授Yeonwoong "Eric" Jung表示。

  他的团队研发的超级电容器由上百万根直径仅有几纳米的电线构成,电线外面包覆着一层二维材料。中心材料的导电能力很强,电子可以在其中快速流动,从而实现快速充电和放电。而外层的二维材料则能大大提高电容器储存的电量和功率密度。

  科学家早就意识到,二维材料可以在电能存储设备中起到巨大的作用。但在此次由中佛罗里达大学开展的研究之前,人们一直没有找到让其发挥潜力的方法。“对于小型电子设备而言,我们的材料在能量密度、功率密度和循环稳定性方面都超越了传统材料。”丘德哈里指出。

  循环稳定性决定了电池在开始退化前可以充电、放电、然后重新充电的次数。例如,锂离子电池在明显失效之前,可以重新充电1500次。此前人们研发的采用了二维材料的超级电容器则能重新充电数千次。而相比之下,由中佛罗里达大学研发的这种超级电容器即使充电次数多达3万次,性能也不会退化。Jung正在与中佛罗里达大学的技术转让办公室合作,希望为该方法申请专利。

  采用了新型材料的超级电容器可以被用在手机和其它电子设备中,电动汽车安装该电容器之后,功率和速度也将大大提升。此外,由于这种新型电容器可以弯折,可穿戴设备技术也将随之进步。“新型超级电容器还没有做好商业化生产的准备,” Jung表示,“但它验证了此概念的可行性,并且我们的研究显示,它可以对许多技术产生巨大的影响。”

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