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黃富足和他的搭檔們首要制作了多孔二氧化硅結(jié)構(gòu),將碳塞入孔中;而后蝕刻掉二氧化硅,構(gòu)成寬度只有4到6納米的多孔管,每個(gè)管由多達(dá)5層類石墨烯的碳構(gòu)成;然后在碳中摻雜氮原子。氮改變了慵懶碳,從而在超級(jí)電容器中發(fā)生化學(xué)反響,而不會(huì)影響其導(dǎo)電性。
這些反應(yīng)使電容的儲(chǔ)能能力提升了兩倍,而不會(huì)削弱其快速充放電的能力。該設(shè)備的儲(chǔ)能能力為41瓦時(shí)/千克,與鉛酸電池相差無幾。
黃富強(qiáng)說:"好像我們已經(jīng)打破了音障一樣。"
其他專家表示認(rèn)同。澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)物理學(xué)家農(nóng)西奧？莫托(Nunzio Motta,未參與這項(xiàng)研討)說:"這些結(jié)果是超級(jí)電容器能量密度領(lǐng)域的一大飛躍。"
賓夕法尼亞大學(xué)的材料物理學(xué)家陳一葦也參加了這項(xiàng)突破性作業(yè),他從理論上分析了該設(shè)備可在電動(dòng)交通中發(fā)揮的作用,給出了恰當(dāng)?shù)恼撜f。他說:"一輛巴士用8瓦時(shí)/千克的超級(jí)電容器可以跑5公里,然后在儲(chǔ)庫充電30秒后再次運(yùn)轉(zhuǎn)。這在一個(gè)小城市或機(jī)場(chǎng)是可行的,但顯著還有許多不足之處。我們的電池具有5倍的能量,所以它可以行駛25公里后仍以相同的速度充電。我們現(xiàn)在談的是交通運(yùn)輸上的實(shí)踐使用。"
坐落休斯頓的萊斯大學(xué)的材料化學(xué)家詹姆斯？圖爾(James Tour,未參加這項(xiàng)研討)以為,這種先進(jìn)的超級(jí)電容器也可以用于可穿戴設(shè)備。他說:"手表、眼鏡、電子皮膚等設(shè)備不宜運(yùn)用過大過重的電池,因此輕盈高效的超級(jí)電容器可能是一個(gè)很好的挑選。"
這種新式超級(jí)電容器在儲(chǔ)能量上不及鋰離子電池,鋰離子電池的儲(chǔ)能量可抵達(dá)70~250瓦時(shí)/千克。但研討人員們說,這種超級(jí)電容器在功率上超過了鋰離子電池,可發(fā)作26千瓦/千克的功率,而鋰離子電池則為0.2~1千瓦/千克。
他說,黃充足及其搭檔們正在研討以可擴(kuò)展、穩(wěn)健和廉價(jià)的方法創(chuàng)立這些超級(jí)電容器的方法。他們還測(cè)驗(yàn)運(yùn)用各種電解質(zhì)來進(jìn)一步改進(jìn)這些設(shè)備。
昆士蘭科技大學(xué)的物理學(xué)家莫托說,未來的研究亦可專注于改善超級(jí)電容器的孔隙率,從而提升儲(chǔ)電量。他說:"但孔隙率的進(jìn)一步提高可能會(huì)加大材料的脆弱性,這可能成為一道障礙。"

鋰離子電池超級(jí)電容器

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