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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

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

據美國物理學家組織網近日報道,萊斯大學研究人員發(fā)明了一種以納米管為基礎的固態(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于一個裝置中,以適合極限環(huán)境下使用。相關研究成果發(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節(jié)流量或供應電力的快速突發(fā)的標準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)或凝膠電解質的傳統(tǒng)EDLCs,在過熱或過冷的狀況下會發(fā)生故障。萊斯團隊研發(fā)的超級電容器利用一種氧化物電介質的固態(tài)納米級表層取代電解質,避免了這一問題。

超大電容的關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。當投入運用時,納米管會自組裝成密集、對齊的結構。當被轉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50微米的陣列。這個陣列繼而會被轉化為一個銅電極,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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