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海绵状石墨烯在超级电容器电极领域的发展前景

2013-7-31 09:18| 发布者: fansiyuan| 查看: 2373| 评论: 0

摘要: 2012.10.12 Lisa Zyga编辑电子显微镜下的3D海绵状石墨烯图片。根据其超高的功率密度和相对良好的能量密度可用作超级电容器的电极。图片来源:Xu Zhanwei. ©2012年美国化学学会当绝大多数电动汽车靠电池储能时,超 ...

2012.10.12 Lisa Zyga编辑
电子显微镜下的3D海绵状石墨烯图片。根据其超高的功率密度和相对良好的能量密度可用作超级电容器的电极。图片来源:Xu Zhanwei. ©2012年美国化学学会

当绝大多数电动汽车靠电池储能时,超级电容器已经有了明显改善与其竞争。与传统电池高容量相比,超级电容器的容量低导致电动车里程较短。但其优势在于超高的功率密度,能够达到快速充电及快速加速时放电。

根据加拿大阿尔伯塔大学和加拿大国家研究委员会调查人员的最新调查显示,超级电容器具有很大的发展潜力。

研究人员已合成一种新材料,因其三维大孔隙结构称之为海绵状石墨烯,并证明了它可被用做超级电容器的电极。配有新电极的超级电容器即使在低功率密度操作时也保持正常的能量密度。但其最大的亮点在于在超高功率密度约48,000 W /kg下操作时,能够传递7.1 Wh/kg的能量密度。

首先,相对于能量密度最高的锂离子电池来说,7.1 Wh/kg的能量密度似乎并非卓著,比如年初Envia系统就曾宣布打破400 Wh/kg的纪录。然而,为了将电动汽车的锂电池充电时间从几小时减少到几分钟,电池需要拥有比当前最佳值10,000Wh/kg更高的功率密度。因此,报告所述的超级电容器48,000 W/kg的功率密度结合7.1 Wh/kg的能量密度,预示着超级电容器会在电池行业形成竞争力。

 “超级电容器和电池是两种完全不同的电化学能量储存设备。”一位阿尔伯塔大学、加拿大国家研究委员会调查组成员说,“一个比较常用的例子即可证明他们的不同。如果驾驶电动汽车,人们想拥有高能量密度电池来保持车程里数,同时也希望高功率密度的超级电容器使车快速启动或者加速。我们所设计的超级电容器就能以极高的功率密度运行(快速充/放电)。7.1 Wh/kg对于电池来说算不上有吸引力,但是,这个能量却可以在不到两秒内传递。我相信现在还没有哪种电池可以做到这种程度。”

希望其在未来的改进发展使超级电容器在电动车行业、后备电源系统和其他高功率应用中更具吸引力。

 “我们正在寻求让石墨烯变得更薄的方法,这会更好的提升纳米结构的能量密度,”李说。“目前的石墨烯的厚度大约是5-6层,我们的目标是使其小于2层。这样会在不损失的功率密度的情况下使材料的能量密度增加一到两倍。”

参考文献:物理化学快报

超级电容器小贴士:

1.    简介:
超级电容器,又叫双电层电容器、电化学电容器, 黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件,但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
2.    发展:
美国、日本和俄罗斯等国家不仅在超级电容器的研发生产上走在前面,而且还建立了专门的国家管理机构。就超级电容器技术水平而言,俄罗斯走在世界前面,其产品已经进行商业化生产和应用,目前,中国主要有10余家企业在进行超级电容器的研发。
3.    分类:
按原理分:活性碳电极材料、碳纤维电极材料、碳气凝胶电极材料和碳纳米管电极材料。
按电解质分:酸性电解质、碱性电解质和中性电解质。
4.    应用:
微小电流供电的后备电源、启动电源、驱动电源、电动汽车、电力系统、风力发电
5.    优势:
这一技术一旦进入成熟的工业生产,他们所研制的新型超级电容器动力系统将替代包括从电动汽车到笔记本电脑的一切电化学电池。用其为一部iPhone手机充满电仅仅需要5秒钟。



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