超級(jí)電容器能快速充電又有高能量和功率密度

??英國倫敦大學(xué)學(xué)院研究人員克服了大功率、快速充電的超級(jí)電容器面臨的普遍問題，設(shè)計(jì)了一款既可快速充電又具備高能量和功率密度的超級(jí)電容器。

??蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，英國倫敦大學(xué)學(xué)院（University College London）的研究人員研發(fā)了一款超級(jí)電容器，雖然仍處于概念驗(yàn)證階段，仍顯示出了巨大潛力，可作為便攜式電源，用于電動(dòng)汽車、手機(jī)和可穿戴技術(shù)等。該款電容器解決了大功率、快速充電的超級(jí)電容器面臨的問題，即它們通常不能在一個(gè)小空間內(nèi)存儲(chǔ)大量能量。

??研究人員表示：“我們?cè)O(shè)計(jì)的材料可以讓該超級(jí)電容器擁有高功率密度（決定其充放電的速度）以及高能量密度（決定其可以運(yùn)行多久）。正常情況下，超級(jí)電容器只具備上述兩個(gè)特點(diǎn)之一，不過該款超級(jí)電容器具備了這兩個(gè)特點(diǎn)，是一個(gè)重大突破?！?“此外，該超級(jí)電容器可以彎曲180度而不影響性能，而且不使用液體電解質(zhì)，從而將爆炸風(fēng)險(xiǎn)降至最低，可完美集成到可彎曲的手機(jī)或可穿戴電子產(chǎn)品中?！?

??該研究小組由化學(xué)家、工程師和物理學(xué)家組成，正在利用一種創(chuàng)新型石墨烯電極材料設(shè)計(jì)新超級(jí)電容器，此種材料的孔隙可以改變，能夠更有效地存儲(chǔ)電荷，從而將該超級(jí)電容器的能量密度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的88.1 Wh/L，這也是有史以來，能量密度最高的碳基超級(jí)電容器。

??類似的快速充電商用技術(shù)的能量密度相對(duì)較低，為5-8 Wh/L，而傳統(tǒng)的慢速充電但運(yùn)行時(shí)間較長的電動(dòng)汽車鉛酸電池的能量密度通常為50-90 Wh/L。盡管該研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超級(jí)電容器的能量密度與最先進(jìn)的鉛酸電池相當(dāng)，不過其功率密度比鉛酸電池高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了10,000 W/L。

??倫敦大學(xué)學(xué)院數(shù)學(xué)與物理科學(xué)系主任兼化學(xué)系教授Ivan Parkin表示：“成功在一個(gè)緊湊的系統(tǒng)中安全地存儲(chǔ)大量能量，是朝著改進(jìn)能量存儲(chǔ)技術(shù)邁出的重要一步。我們展示了該款超級(jí)電容器充電快、能夠控制其能量輸入、還具備良好的耐用性和靈活性，是研發(fā)微型化電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車的理想選擇。想象一下，只需10分鐘就可以為電動(dòng)汽車充滿電，或者只需幾分鐘就可以給手機(jī)充滿電，然后就可以持續(xù)使用手機(jī)一天?！?

??研究人員們采用多層石墨烯制成電極，創(chuàng)造出一種密度大但多孔的材料，能夠捕捉不同大小的帶電離子。他們采用了各種技術(shù)描述該材料的特征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)空隙大小與電解質(zhì)中離子的直徑相匹配時(shí)，該材料的性能最佳。經(jīng)過優(yōu)化的材料形成一層薄膜，用于打造一個(gè)同時(shí)具備高功率和高能量密度的概念驗(yàn)證裝置。

??該款超級(jí)電容器大小為6cm x 6cm，由兩個(gè)相同的電極制成，電極在凝膠狀物質(zhì)的兩邊分層堆積，而該凝膠狀物質(zhì)可充當(dāng)轉(zhuǎn)移電荷的化學(xué)介質(zhì)。當(dāng)該超級(jí)電容器被用于為數(shù)十個(gè)LED燈供電時(shí)，發(fā)現(xiàn)其具備強(qiáng)大的靈活性和穩(wěn)定性。

??即使該超級(jí)電容器被彎曲180度，其性能也與幾乎沒被彎曲時(shí)一樣，在5000次充放電循環(huán)后，容量仍保持為97.8%。