跑步

新型高性能海绵超级电容器研制成功

2019-07-08 18:48:16来源:励志吧0次阅读

新型高性能海绵超级电容器研制成功

核心提示:  超级电容器正在成为一项关键的实用存储技术,可用于高能效运输,也可用于可再生能源(例如电缓冲)。这些设备具有传统电容器  超级电容器正在成为一项关键的实用存储技术,可用于高能效运输,也可用于可再生能源(例如电缓冲)。这些设备具有传统电容器的优势,可以迅速传输高密度电流,以满足需求,也具有电池的优势,可以存储大量电能。   二氧化锰-碳纳米管-海绵电极的特征:(a),透视图下的三维大孔分层二氧化锰-碳纳米管-海绵电极;(b),二氧化锰均匀沉积在碳纳米管海绵结构上;(c),高倍放大的多孔二氧化锰纳米粒子在碳纳米管海绵上的情况,插图显示的形态是单个二氧化锰花状粒子。   超级电容器可提供一种低成本的替代能源,取代充电电池,用于各种设备,如电动工具,移动电子产品,以及电动汽车。一些汽车制造商都在探索的概念,是结合超级电容器与锂离子电池,作为下一代的能源存储系统,用于混合动力汽车。尽管电容器的能量密度远低于电池,但是,它的功率密度高得多,这使它们可以产生爆发性电能,有助于新一代汽车在加速时具有同等或更好的速度,胜过传统的汽油引擎车辆,同时可以显着降低油耗。   研究人员现在已制成新型高性能海绵超级电容器,使用的是一种简单而可升级的方法。已经报道了他们的研究,就在最近出版的《纳米快报》(Nano Letters)上,题为《高性能纳米结构超级电容器采用海绵》(High-Performance Nanostructured Supercapacitors on a Sponge),研究小组是在阿卜杜拉国王科技大学(KAUST:King Abdullah University of Science and Technology),就在沙特阿拉伯,小组领导是胡萨姆N. 阿尔谢里夫(Husam N. Alshareef),他们表明,这种三维电极可能有巨大的优势,胜过传统的混合电极材料。   “我们表明,超级电容器电极的制备采用大孔结构,可以提高超级电容器的速度和单位电容(specific capacitance),”阿尔谢里夫说。“我们一直在用海绵,因为它们提供了新颖的令人兴奋的特性,不同于纸和织物:首先,海绵具有尺寸更均匀的孔隙。第二,纤维素(cellulose)或聚酯纤维(polyester fibers)相互连接,实际上不需要结。这样,连续涂抹纳米材料就容易得多,因为没有结需要穿过。”   这种基于海绵的超级电容器,设计和制造都是阿卜杜拉国王科技大学的研究小组进行的,他们使用了一种简单而可扩展的方法。他们的制造过程包括四个简单的步骤:首先,用水和丙酮(acetone)清洁一块市售海绵;然后,干燥后,切成小丝带;这些丝带要涂上碳纳米管油墨;最后,研究人员采用电解沉积,使二氧化锰纳米粒子沉积到涂有碳纳米管的海绵上。   “因为碳纳米管的机械柔韧性,以及大孔海绵纤维素和碳纳米管之间很强的范德华(van der Waals)相互作用,所以,碳纳米管很容易涂到海绵骨架上,使这种绝缘海绵高度导电,只需要采用一种简单的浸渍和干燥工艺。”阿尔谢里夫解释说。   研究碳纳米管涂层海绵时,研究人员发现,它仍然保持着分层大孔性质,其中,错综聚集的孔隙保持敞开,可以流过电解液。这种碳纳米管形成了薄薄的一层,裹住海绵骨架。   “我们测试机械韧性时,还对碳纳米管海绵骨架进行了折叠、扭曲和反复拉伸,”阿尔谢里夫说。“经过所有机械测试后,这种海绵总会恢复到最初的形状,不会有任何永久变形。”   研究小组还测试了他们海绵超级电容器的电化学性能。“这种大孔海绵,连同多孔性电解沉积二氧化锰(MnO2)纳米粒子,形成一种双重多孔电极结构,具有良好的导电性,使电解液可完全进入二氧化锰,这就极大地提高了二氧化锰-碳纳米管-海绵超级电容器的性能,”阿尔谢里夫说。“我们发现,我们的海绵超级电容器单位电容很高,充放电速度超快,循环稳定性良好,能量和功率密度也很好,这就使它成为一种很有前途的电极,可用于未来的能源存储系统。”   这可能是小型移动电子设备的一个有趣的方面,制成的超级电容器海绵,事实证明远轻于刚性金属或其他柔性基板,但具有同样的面积:一块海绵面积2平方厘米,厚度1毫米,重量大约只有10毫克。

微信商城搭建
自助收银软件
怎样在做微商城
分享到: