美用黏土開發高溫超級電容器幾秒充電瞬間放電

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美用黏土開發高溫超級電容器幾秒充電瞬間放電

據物理學家組織網9月3日報道，美國萊斯大學科學家用黏土和一種電解液混合，開發出既能當電解液又能當隔離板使用的“復合板”，可作為新型高溫超級電容器。相關論文在線發表于9月3日的《自然·科學報告》上。

“多年來，研究人員一直想造出像電池和超級電容器這樣能在高溫環境下穩定工作的能源存儲設備，但由于傳統材料本身性質的制約，一直未能攻克難題。”萊斯大學材料科學家帕里柯·阿加恩說，“我們的革新是找到了一種能在高溫下保持穩定的、非傳統的電解質/隔離板系統。”

他們研究了歐洲和奧地利科學家于2009年開發的一種室溫離子液（RTILs）。RTILs在室溫下導電性較低，但加熱后黏度會降低而導電性提高。黏土具有很高的熱穩定性、吸附能力和滲透性，活性表面積也很大。研究人員把RTILs和自然界的斑脫土黏土等量混合，制成一種混合膠，將其夾在2層還原的氧化石墨中間，上下再裝兩個集電器，就成了一種超級電容器。經測試和電子顯微圖像顯示，這種材料被加熱到200℃時也沒有變化，即使加熱到300℃也只有很小的變化。

“材料的離子電導性在180℃之前幾乎是直線增加，然后在200℃時達到飽和。”論文領導作者、萊斯大學機械工程與材料科學系研究人員阿拉瓦·瑞迪說。測試還發現，雖然在第一次充/放電中，其容量有輕微下降，但這種超級電容能穩定地通過1萬次周期測試。在運行溫度從室溫提高到200℃后，無論電能還是功率密度都提高了2個數量級。

這種新型超級電容器擁有最佳的電容性能，能在幾秒鐘內充電而瞬間放電，一般的充電電池是緩慢充電，按照需要逐漸放電。理想的超級電容器能迅速充電、儲電并按需放電。阿加恩說，它們能在200℃甚至可能更高的溫度下穩定工作。這對于在極端環境下使用的充電設備是非常有用的，比如石油鉆探、軍隊以及太空環境。

研究小組還將RTILs/黏土和少量熱塑聚氨酯結合，制成一種薄膜，可以切割成不同的大小和形狀，靈活適應多種設備的設計。

“我們的目的是克服傳統液體或膠體電解液的限制，它們只能用在低溫工作的電化能源設備中。”瑞迪說，“這項研究讓人們能在更廣泛的溫度范圍安全操作，而不必在能量、功率和周期壽命之間折中妥協，大大改善甚至消除了對昂貴的熱量管理系統的需求。”

來源：科技日報