手机电池总是不够用?超级电容器或将引领下一代电池革命

作者: 科学传播协会

来源: 中科院物理所

发布日期: 2019-02-02 11:29:38

超级电容器是一种新型的高储能密度电容器,具有高功率密度、快速充放电速度和长使用寿命等优点,主要应用于汽车启停系统、公共交通和物流搬运车等领域,未来在可再生能源和消费电子领域有广阔前景。

超级电容器,是一种新型的具有远超传统电容器电容,以及超高储能密度的电容器。通过在两个隔离的极板上储存相反电荷,超级电容器可以储存大量的能量。与传统电容器不同,超级电容器不再使用固态电介质,而是使用静电双电层电容和电化学赝电容。静电双层电容使用碳材料电极达到传导电极和电解液的亥姆霍兹双层界面上的电荷分离,这种电荷分离在空间上达到埃的量级(0.3纳米~0.8纳米),远远小于传统电容器。

与传统电池相比,超级电容器具有更高的功率密度(300W/kg~5000W/kg,约为电池的5~10倍)、更快的充放电速度(充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上)以及更多的充放电循环(深度充放电循环使用次数可达1~50万次,也就意味着更长的使用寿命)、更高的储电放电效率(大电流能量循环效率超过90%)。

超级电容器主要应用于需要快速充放电循环和短期能量存储的场景,目前已经在汽车的启停系统、超级电容公交车、城市轨道交通以及物流搬运车等领域开启商用化进程。同时在风力发电、光伏发电、电梯、港口机械和数据中心快速启动、传统消费电子领域如手机等方面具有较大发展前景,是未来储能器件的重要组成部分。

超级电容器的快速发展离不开这三位卓越科学家的贡献,他们在这一领域浸淫多年,是碳材料研究的先驱,率先提出很多新型碳材料的合成方法并推进了这些材料在储能方面的应用。尤里·高果其是材料化学领域领先的乌克兰科学家,自2000年以来在宾夕法尼亚州费城德雷塞尔大学担任材料科学与工程和纳米技术领域的教授。

他与特里斯·西蒙在碳纳米材料的结构与电容性质的关系方面的先驱性的工作使得这一领域获得突破性进展,促进超级电容器等新型储能器件的产生与发展。罗德尼·S·鲁奥夫是美国物理化学家和纳米科学家,目前在韩国(国立)蔚山科学技术院担任特聘教授。他的团队于2008年首次使用石墨烯作为超级电容器的电极材料,最近,他们还报道了一种新的超高比表面积负曲率碳材料和原子层厚度的碳多孔材料(孔径从0.6纳米到5纳米)。

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