研發報告詳細內容

美發明納米管固態超級電容器

2011-9-20

美發明納米管固態超級電容器 推動儲能器發展

      據美國物理學家組織網近日報導,萊斯大學研究人員發明了一種以納米管為基礎的固態超級電容器。它有望集高能電池和快速充電電容器的最佳性質於一個裝置中,以適合極限環境下使用。相關研究成果發表在《碳雜誌》上。

        

        雙電層電容器(EDLCs)一般被稱為超級電容器,擁有比電池等用於調節流量或供應電力的快速突發的標準電容器多幾百倍的能量,同時還有快速充電和放電的能力。但是基於液態或凝膠電解質的傳統EDLCs,在過熱或過冷的狀況下會發生故障。萊斯團隊研發的超級電容器利用一種氧化物電介質的固態納米級表層取代電解質,避免了這一問題。

        

        超大電容的關鍵是讓電子的棲息地有更多的表面面積,而在地球上沒有任何東西比碳納米管在這方面的潛能優勢更大。當投入運用時,納米管會自組裝成密集、對齊的結構。當被轉化為自足的超級電容器後,每個納米管束的長度都比寬度多500倍,而一個小晶片可能有上千萬個納米束。

        

        萊斯團隊首先為這個新裝置培植了大量由15毫微米到20毫微米的納米束單壁碳納米管組成的長達50微米的陣列。這個陣列繼而會被轉化為一個銅電極,該銅電極的塗層由金和鈦組成,這能助其提高附著力和電穩定性。為提高導電性能,納米管束(原電極)會摻雜硫酸,然後會被通過原子層沉積(ALD)的方法,塗上一層氧化鋁(介電層)和摻雜了鋁的氧化鋅(反電極)的薄膜。

        

        這種儲能器適用範圍廣,小至納米電路的晶片、大到整個發電廠,都能從中獲益。研究人員卡裡-品特稱,沒有人採用這麼大縱橫比的材質和類似ALD的方法組建過這一裝置。“這種超級電容器能在高頻迴圈下擁有電荷,並能自然地整合到材料中。”

        

        萊斯實驗室的化學家羅伯特-豪格稱,這種新的超級電容器具有穩定性和擴展性。“所有的能量儲存器的固態方案都將會密切整合到很多裝置中,包括柔性顯示器、生物植入物、多種感測器和其他電子裝置。它們都能從快速充電和放電中獲益。”

        

      來源:科技日報


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