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【盤點(diǎn)】2013超級電容在材料與性能上的研究成果

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-10     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):125
核心提示:
之間、具有特殊性能的電源,主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),這種儲能過程是可逆的,也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電數(shù)十萬次;谄涔β拭芏雀、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn),線已用于電動公交車,電動汽車等工具上的儲能裝置。

  但是由于其能量密度低,成本高等缺點(diǎn)也使得超級電容與儲能電池相較,不能占有有力的市場份額。針對這些缺點(diǎn),科學(xué)家們也在努力的實(shí)驗(yàn)各種能夠提升能量密度和降低成本的材料以期獲得突破。下面我們就來看看今年內(nèi)超級電容在材料方面的一些研究成果。

  木材超級電容器 與活性炭超級電容相差無多

  報(bào)告顯示,木材生物碳超級電容器能夠產(chǎn)生與當(dāng)今活性炭超級電容器相等的電量,但成本卻更低且有利于保護(hù)環(huán)境。該報(bào)告發(fā)布于《電化學(xué)學(xué)報(bào)》。

  報(bào)告研究小組組長、伊利諾伊斯大學(xué)可持續(xù)技術(shù)中心高級研究員Junhua Jiang表示,超級電容器與我們使用的電池相似。電池依賴化學(xué)反應(yīng)持續(xù)生產(chǎn)電能,而超級電容器在其電極上集聚帶電離子,并且在放電時迅速釋放這些離子。這樣一來,它能夠閃電般地提供充足能量(如照相機(jī)的閃光燈),或者即時滿足能源網(wǎng)高峰期需求。

  “對于需要即時充電或者需要即時能量供應(yīng)的應(yīng)用設(shè)備來說,超級電容器是完美配件,因?yàn)樗芤愿偷某杀狙杆偻瓿沙潆姡?rdquo;Junhua Jiang說,其在交通、電子、太陽能與風(fēng)能存儲與配送方面應(yīng)用前景廣闊。

  當(dāng)今許多超級電容器使用活性炭,而活性炭來自于化石能源。“為了生成活性炭的微結(jié)構(gòu),即增加孔量并優(yōu)化孔網(wǎng),需要成本高昂、工序復(fù)雜的程序。這道程序的目的在于增加電極表面積,以及提高各孔迅速捕捉并釋放離子的能力。” Junhua Jiang解釋了生成活性炭微結(jié)構(gòu)的原理。

  對于木材電容器而言,其木質(zhì)天然孔狀結(jié)構(gòu)可以直接視作電極表面,因此不必使用復(fù)雜的技術(shù)制造孔狀結(jié)構(gòu)。而木材生物碳,則可通過低氧加熱木材獲得。

  對于某些木材,孔的尺寸與分布非常適合離子快速傳輸。本次研究使用了紅刺柏,但是其他一些木材如楓樹或者櫻桃樹也適用。

  通常,在制作超級電容器時,通常需要成本高昂且腐蝕性強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)用來加工活性炭,以此賦予電極必要的物理與化學(xué)性質(zhì)。

  “使用這些化學(xué)物質(zhì)可能會對環(huán)境造成影響。我們應(yīng)該避免或盡可能減輕對環(huán)境的破壞,”Junhua Jiang表示。

  Jiang與他的團(tuán)隊(duì)用溫和的硝酸激活生物碳,清除了生物碳的灰燼(如碳酸鈣、碳酸鉀和其他雜質(zhì))。該工序還具有另一個好處,硝酸化合物作用產(chǎn)生的溶劑能夠當(dāng)做化肥使用。

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