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電動汽車超級電容電池 充電只需幾分鐘

作者: 時間:2011-05-10 來源:網(wǎng)絡 收藏

  為了開發(fā)新一代、太陽能系統(tǒng)和其他清潔能源技術,研究人員需要一種有效的途徑來存儲能量。有一種關鍵的能量存儲設備適用于這些應用和其他應用,就是器,也稱為電雙層電容器(electric double-layer capacitor)。

  獨特的三維陣列納米孔刻在沸石礦模板炭中,使它能夠用作電極,以制備高性能器,這種電容器具有高容量和快速時間

  在最近的一項研究中,科學家們已經考察了可能使用的一種材料,這種材料叫做沸石礦模板碳(zeolite-templated carbon),可作為電極,用于這種類型的電容器,他們發(fā)現(xiàn),這種材料獨特的孔狀結構大大提高了電容器的整體性能。

  研究人員博之福華(Hiroyuki Itoi),西原博友(Hirotomo Nishihara),太極小暮(Taichi Kogure),京谷隆(Takashi Kyotani)來自日本仙臺(Sendai)東北大學(Tohoku University),他們已經發(fā)表的成果就是研究高性能電雙層電容器,發(fā)表在最近一期的美國化學學會雜志(Journal of the American Chemical Society)。

  為了儲存能量,電雙層電容器要使用離子,這些離子從本體溶液(bulk solution)遷移到電極,在那里它們被吸附。在到達電極表面之前,這些離子必須穿過狹窄的納米孔,而且要盡可能快速高效?;旧峡梢哉f,離子穿過這些路徑越快,電容器就越快,就會帶來高速度性能。此外,電極吸附離子密度越大,電容器可以存儲的電荷量就越大,就會帶來高容量電容。

  最近,科學家們一直在測試材料,他們使這些孔具有各種不同的大小和結構,努力實現(xiàn)既有快速的離子傳輸,又有很高的吸附離子密度。但是這兩個要求是有點矛盾的,因為離子穿過較大的納米孔會更迅速,但大納米孔會使電極密度低,從而降低吸附離子密度。

  “在這項工作中,我們成功地表明,有可能滿足這兩個看似矛盾的要求,就是滿足高功率密度和高容量電容,采用沸石礦模板炭就可以,”西原對物理學家組織網(wǎng)站說。

  這種沸石礦模板炭包含的納米孔直徑是1.2納米,小于大多數(shù)電極材料,而且有一種非常有序的結構,而其他的孔可能就是無序的和隨機的。這種納米孔的小尺寸就使得吸附離子密度很高,而這種有序的結構被描述為鉆石般的框架,就使離子可以快速穿過納米孔。在先前的研究中,研究人員發(fā)現(xiàn),沸石礦模板炭上面的納米孔小于1.2納米,就無法實現(xiàn)快速離子傳輸,這表明這一尺度可提供最佳平衡,就是平衡高速性能與高容量電容。

  在測試中,沸石礦模板炭的性能超過了其他材料,表明它可被用作一種電極,用于高性能電雙層電容器。

  “我們現(xiàn)在正在試圖進一步提高沸石礦模板炭的能量密度,使它達到和充電電池相同的水平,”西原說?!叭绻@樣的電雙層電容器被開發(fā)出來,用于移動設備比如手機,充電時間就可縮短到只有幾分鐘。還有另一個重要的應用前景,就是電雙層電容器可以支持的充電電池,延長電池使用壽命。也為了這種目的,實現(xiàn)更高的能量密度就是一個關鍵問題?!?BR>

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