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科學家研發可彎曲超級電容器

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中佛羅里達大學(UCF)納米科學技術中心的一組科學家近日研發了一種新型可彎曲超級電容器,具有很高的能量與功率密度。

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圖片顯示了該電容器的一部分設計。
 
        北京時間11月29日消息,據國外媒體報道,中佛羅里達大學(UCF)納米科學技術中心的一組科學家近日研發了一種制造可彎曲超級電容器的新方法,能夠儲存更多電量,并且充電次數哪怕多達3萬次,性能也不會衰減。該方法將為手機、電動汽車等技術帶來革命性的變化。 “如果給手機裝上了這些超級電容器,充電只需幾秒鐘便可完成,并且能持續使用超過一周。”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。
  使用智能手機的人都遇到過這樣的問題:過了一年半左右,電池便會退化,充電后可使用的時間會越來越短??茖W家一直在試圖用納米材料改進超級電容器的性能,從而提升電子設備中電池的表現,甚至將電池取而代之。這個問題頗為棘手,因為超級電容器要想儲存與鋰離子電池相同的電量,體積就要比后者大得多。
  中佛羅里達大學的研究團隊試圖將一些新發現的、只有幾個原子厚的二維材料運用到超級電容器上。其他研究人員也嘗試過采用石墨烯和其它二維材料,但成功的案例少之又少。“人們在將二維材料與現有電池材料融合的過程中存在一些問題,這一直是該領域的一大瓶頸。而我們研發了一種簡單的化學合成方法,可以將現有材料與二維材料很好地融合在一起。”該項目的主要研究員、納米科學技術研究中心和材料科學與工程學院助理教授Yeonwoong "Eric" Jung表示。
  他的團隊研發的超級電容器由上百萬根直徑僅有幾納米的電線構成,電線外面包覆著一層二維材料。中心材料的導電能力很強,電子可以在其中快速流動,從而實現快速充電和放電。而外層的二維材料則能大大提高電容器儲存的電量和功率密度。
  科學家早就意識到,二維材料可以在電能存儲設備中起到巨大的作用。但在此次由中佛羅里達大學開展的研究之前,人們一直沒有找到讓其發揮潛力的方法。“對于小型電子設備而言,我們的材料在能量密度、功率密度和循環穩定性方面都超越了傳統材料。”丘德哈里指出。
  循環穩定性決定了電池在開始退化前可以充電、放電、然后重新充電的次數。例如,鋰離子電池在明顯失效之前,可以重新充電1500次。此前人們研發的采用了二維材料的超級電容器則能重新充電數千次。而相比之下,由中佛羅里達大學研發的這種超級電容器即使充電次數多達3萬次,性能也不會退化。Jung正在與中佛羅里達大學的技術轉讓辦公室合作,希望為該方法申請專利。
  采用了新型材料的超級電容器可以被用在手機和其它電子設備中,電動汽車安裝該電容器之后,功率和速度也將大大提升。此外,由于這種新型電容器可以彎折,可穿戴設備技術也將隨之進步。“新型超級電容器還沒有做好商業化生產的準備,” Jung表示,“但它驗證了此概念的可行性,并且我們的研究顯示,它可以對許多技術產生巨大的影響。”

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