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用隐形眼镜材料制造超级电容,存储量可以提高1000倍

2016-12-22 15:39:15  来源:百纳网  作者:魏亮  字体大小:
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百纳网讯 你肯定想过,如果手机充电能在几秒钟内完成该多好啊!或者更进一步,要是能用给汽车加满油的时间就完成电动汽车的充电岂不更好?

这个梦想已经接近成真了:英国萨里大学伯丹·霍林(Brendan Howlin)领导的研究团队,利用制造软性隐形眼镜的材料,制成了能快速充电的大容量超级电容。

超级电容已经在包括中国的几种电动公交车在内的诸多领域获得应用。不过,超级电容的问题是:它存储的能量太少。因此,中国电动公交车必须频繁停下充电。

该团队同布里斯托尔大学的伊安·哈默顿(Ian Hamerton)以及Augmented Optics公司合作,开发了一种用于超级电容的,性能远优于传统材料的电介质材料。如果该材料的可靠性和性能得到证实,那么它将在交通、航空、消费电子和能源领域获得广阔的应用空间,特别是应用于手机、平板电脑和笔记本电脑。

化学电池存储电能的功能,是通过电池内部材料带电离子之间的反应实现的,而离子之间的化学反应需要时间,因此充放电速度受到限制。目前常用的锂电池使用锂离子存储电能,锂是一种相对稀少而昂贵的元素,并且锂离子电池有在使用中起火的潜在风险。

超级电容能快速充放电的秘诀在于,它的充放电过程不涉及化学反应,纯粹是一个物理过程——具体地说,是利用了材料的电极化特性。传统的超级电容只能存储相当于电池10%的电量,而新材料根据其体积的不同(就是说可以很大),可以存储的电量相当于电池的100-1000倍,这已经超过了锂电池的电能存储能力。

超级电容有2个电极,两个电极之间是电介质材料。目前为止,改进超级电容的研究工作主要致力于增加电极的表面积(比如,采用碳纳米材料),尽管这样制造出来的电极成本会上升。而霍林团队却把焦点集中在电介质材料上。

吸水的超级电容材料可以防止起火这种新型材料衍生自制造软性隐形眼镜的材料,柔软、透明、亲水,40年前就被化学家唐纳德·哈格特(Donald Highgate)发明。该类材料有时被称为凝胶,但这并不准确,因为这类材料不会像凝胶那样溶解于水。该类材料是长塑料分子链形成的复杂网络,网络中的空隙可以吸水,但是这种材料自身不会导电。

研究团队将凝胶和一种导电高分子材料融合,这种导电高分子材料呈黑色、易碎,不易溶于水。融合后的复合材料柔软、可导电并具有吸水性。吸水性的重要性在于:水可以阻止材料起火。

研究团队正在和Supercapacitor Materials公司一同构建实验系统,以期优化材料的制造工艺。接下来,研究团队的目标将超级电容装入电动汽车,并逐渐取代电池。那时,对电动车充电会比今天给手机充电还快捷。

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责任编辑:百纳网

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