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科學家已開發出一種由石墨烯制成的新型可彎曲超級電容器

在概念驗證階段,它在許多實際應用中作為便攜式電源顯示出巨大的潛力。2月19日發表在《自然能源》上的這項發現克服了大功率,快速充電的超級電容器所面臨的問題-超級電容器通常無法在狹小空間中容納大量能量。

該研究的第一作者李莊南博士說:“我們的新型超級電容器對于下一代儲能技術非常有前途,因為它可以替代當前的電池技術或與之并用,從而為用戶提供更多的力量。”

“我們設計的材料将賦予我們的超級電容器高功率密度-即它可以充電或放電的速度-以及高能量密度-這将決定它可以使用多長時間。通常,您隻能擁有一個這些特性,但我們的超級電容器可以同時提供這兩個特性,這是一個關鍵的突破。”

“此外,超級電容器可以彎曲至180度而不會影響性能,并且不使用液體電解質,從而最大程度地減少了爆炸的危險,使其非常适合集成到彎曲的手機或可穿戴電子設備中。”

一個由化學家,工程師和物理學家組成的團隊緻力于這一新設計,該設計使用了創新的石墨烯電極材料,該材料的孔可以改變大小,從而更有效地存儲電荷。這種調整将超級電容器的能量密度最大化,達到創紀錄的88.1 Wh / L,這是碳基超級電容器有史以來最高的能量密度。

相似的快速充電商業技術具有5-8 Wh / L的相對較差的能量密度,而用于電動汽車的傳統慢速充電但長期運行的鉛酸電池通常具有50-90 Wh / L。

盡管該團隊開發的超級電容器的能量密度與鉛酸電池的最新技術水平相當,但其功率密度卻高出兩個數量級,每升超過10,000瓦。

UCL數學和物理科學學院的資深作者兼院長Ivan Parkin教授說:“在緊湊的系統中成功安全地存儲大量能量是朝着改進能量存儲技術邁出的重要一步。我們已經證明,它可以快速充電,我們可以控制其輸出,并具有出色的耐用性和靈活性,非常适合用于小型電子産品和電動汽車的開發,想象一下,隻需十分鐘即可為電動汽車充滿電,而手機和手機則隻需幾分鐘持續一整天。”

研究人員用多層石墨烯制成電極,産生了一種緻密但多孔的材料,能夠捕獲不同大小的帶電離子。他們使用多種技術對其進行了表征,發現當孔徑與電解質中離子的直徑匹配時,其性能最佳。

經過優化的材料形成了薄膜,用于構建具有高功率和高能量密度的概念驗證設備。

6cm x 6cm的超級電容器是由兩個相同的電極制成的,該電極位于凝膠狀物質的兩側,該物質充當電荷轉移的化學介質。它用于為數十個發光二極管供電,并被發現具有很高的魯棒性,靈活性和穩定性。

即使以180度彎曲,它的性能也幾乎與平坦時相同,并且經過5,000次循環後,它仍保留了其容量的97.8%。

資深作者中國科學院的馮力教授說:“在未來30年中,智能技術的世界将加速發展,這将極大地改變通訊,運輸和我們的日常生活。通過使儲能變得更加智能,設備将通過與設備自動交互地交互工作,對我們來說是不可見的。我們的智能單元很好地說明了如何改善用戶體驗,并在未來的應用中顯示出巨大的潛力,可作為便攜式電源。”

本文來自中國教育新聞網,轉載聯系請聯系原作者。

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