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怎么拉扯都可行,新型奈米碳管超级电容拉长 8 倍照能运作

2024-11-23 215


不管怎么扯、怎么拉都不会损坏的超级电容有望问世。最近美国科学家透过在硅晶圆上打造一座皱巴巴的奈米碳管森林,研发出纵使伸长 8 倍,也不影响性能的超级电容。

超级电容跟电池一样可以储存电力,只是方法略有不同,其中电池是透过化学反应产生电荷,超级电容则是被动电子元件,充放电不依靠化学反应、也无法自己发电,主要从分离出的电荷中存储能量,它具有充放电时间短、寿命长、功率密度高等特点,因此能提供汽车在起步、加速、上坡等瞬间输出要求。

而超级电容跟电池的相似点,大约就是一样又硬又脆吧,有许多科学家都想要研发更轻便、可挠的储能技术,其中美国密歇根州立大学(MSU)与杜克大学(Duke University)团队也不例外,他们的目标是研发出能承受任何拉扯、扭曲、弯曲的创新设备,毕竟若是电源的大小、性能与可挠度会大大影响产品设计发想。

为了实现理想,该团队首先在硅晶圆上生长百万支直径 15 奈米、高度约 20-30 微米的奈米碳管,打造一座“奈米碳管的森林”,最后再森林上方覆上一层金奈米薄膜当作集电器,进一步降低电阻提高功率密度。

接下来科学家把金色奈米层面朝下放到一个已经拉长 4 倍的弹性基材,放上去后再把基材缩回原本的大小,让金色薄膜、奈米碳管整个挤成一团(如首图),最后再把凝胶电解质灌入。杜克大学电机与电脑工程教授 Jeff Glass 表示,这些皱褶让小空间有着大容量效果,进而增加电荷容纳量。

只要储存电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,超级电容的容量也就越大,目前科学团队已经研发出邮票大小的可挠超级电容,研究人员指出,新型超级电容拉长 8 倍照能运作,10,000 次充放电循环性能仅下降几个百分点,且当 4 个超级电容串联在一起时,可以为一只 2 伏特的卡西欧手表供电一小时半。

MSU 机械工程助理教授 Changyong Cao 表示,虽然研究还有许多进步空间,但团队已经可以开始将设备整合到其他可挠的电线、感测器系统中,打造新的可挠设备,而团队也认为,未来超级电容有机会成为穿戴式设备或是生物医学等助一臂之力。

目前研究已发表在《SSRN Electronic Journal》。

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(首图来源:杜克大学)

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