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美發(fā)明納米管固態(tài)超級電容器 推動儲能器發(fā)展

發(fā)布時間:2011-09-19 來源:科技日報

產(chǎn)品特性:
  • 具有穩(wěn)定性和擴展性
  • 能快速充電和放電
應(yīng)用范圍:
  • 應(yīng)用于納米電路的芯片
  • 或應(yīng)用于整個發(fā)電廠

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道,萊斯大學(xué)研究人員發(fā)明了一種以納米管為基礎(chǔ)的固態(tài)超級電容器。它有望集高能電池和快速充電電容器的最佳性質(zhì)于一個裝置中,以適合極限環(huán)境下使用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《碳雜志》上。

雙電層電容器(EDLCs)一般被稱為超級電容器,擁有比電池等用于調(diào)節(jié)流量或供應(yīng)電力的快速突發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)電容器多幾百倍的能量,同時還有快速充電和放電的能力。但是基于液態(tài)或凝膠電解質(zhì)的傳統(tǒng)EDLCs,在過熱或過冷的狀況下會發(fā)生故障。萊斯團(tuán)隊研發(fā)的超級電容器利用一種氧化物電介質(zhì)的固態(tài)納米級表層取代電解質(zhì),避免了這一問題。

超大電容的關(guān)鍵是讓電子的棲息地有更多的表面面積,而在地球上沒有任何東西比碳納米管在這方面的潛能優(yōu)勢更大。當(dāng)投入運用時,納米管會自組裝成密集、對齊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)被轉(zhuǎn)化為自足的超級電容器后,每個納米管束的長度都比寬度多500倍,而一個小芯片可能有上千萬個納米束。

萊斯團(tuán)隊首先為這個新裝置培植了大量由15毫微米到20毫微米的納米束單壁碳納米管組成的長達(dá)50微米的陣列。這個陣列繼而會被轉(zhuǎn)化為一個銅電極,該銅電極的涂層由金和鈦組成,這能助其提高附著力和電穩(wěn)定性。為提高導(dǎo)電性能,納米管束(原電極)會摻雜硫酸,然后會被通過原子層沉積(ALD)的方法,涂上一層氧化鋁(介電層)和摻雜了鋁的氧化鋅(反電極)的薄膜。

這種儲能器適用范圍廣,小至納米電路的芯片、大到整個發(fā)電廠,都能從中獲益。研究人員卡里-品特稱,沒有人采用這么大縱橫比的材質(zhì)和類似ALD的方法組建過這一裝置。“這種超級電容器能在高頻循環(huán)下?lián)碛须姾?,并能自然地整合到材料中?rdquo;

萊斯實驗室的化學(xué)家羅伯特-豪格稱,這種新的超級電容器具有穩(wěn)定性和擴展性。“所有的能量儲存器的固態(tài)方案都將會密切整合到很多裝置中,包括柔性顯示器、生物植入物、多種傳感器和其他電子裝置。它們都能從快速充電和放電中獲益。”
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