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出品:科普我国

制造:中科院物理所科学传达协会

监制:我国科学院核算机网络信息中心

超级电容器

超级电容器,是一种新式的具有远超传统电容器电容,以及超高储能密度的电容器。经过在两个阻隔的极板上贮存相反电荷,超级电容器能够贮存许多的能量。与传统电容器不同,超级电容器不再运用固态电介质,而是运用静电双电层电容和电化学赝电容。静电双层电容运用碳资料电极到达传导电极和电解液的亥姆霍兹双层界面上的电荷别离,这种电荷别离在空间上到达埃的量级(0.3纳米~0.8纳米),远远小于传统电容器。

超级电容器示意图(图片来历:维基百科)

多层电极超级电容器示意图(图片来历:维基百科)

电化学赝电容器运用金属氧化物和高分子导电聚合物作为电极,凭借氧化复原反应和电吸附中的感应电荷转移来完成超高的电荷存储,也是超级电容器的一种。

更高,更快,更强

与传统电池比较,超级电容器具有更高的能量密度(300W/kg~5000W/kg,约为电池的 5~10 倍)、更快的充放电速度(充电10秒~10分钟可到达其额外容量的 95% 以上)以及更多的充放电循环(深度充放电循环运用次数可达 1~50 万次,也就意味着更长的运用寿命)、更高的储电放电功率(大电流能量循环功率超越 90%)。

现代生活现已离不开电池(图片来历:4gifs.com)

超级电容器首要运用于需求快速充放电循环和短期能量存储的场景,现在现已在轿车的启停体系(减速或短泊车时将动能转化为电能贮存在超级电容器里再在加快时电容器放电然后到达节油的意图)、超级电容公交车、城市轨道交通以及物流搬运车等范畴敞开商用化进程。

一起在风力发电、光伏发电、电梯、港口机械和数据中心快速发动、传统消费电子范畴如手机等方面具有较大开展前景,是 未来储能器材的重要组成部分。

这些开展离不开他们

超级电容器的快速开展离不开这三位杰出科学家的奉献,他们在这一范畴浸淫多年,是碳资料研讨的前驱,首先提出许多新式碳资料的组成办法并推进了这些资料在储能方面的运用。

尤里·高果其(图片来历:维基百科)

尤里·高果其(Yury Gogotsi)是资料化学范畴抢先的乌克兰科学家,自 2000 年以来在宾夕法尼亚州费城德雷塞尔大学担任资料科学与工程和纳米技能范畴的教授。尤里·高果其科学团队在新式碳资料(纳米碳管,石墨烯,纳米钻石,介孔碳和洋葱碳)范畴占有抢先地位,屡次以先进办法制备出具有别致性质的碳资料,并积极探索其在电池和电容器方面的运用,使得人类在高储能密度范畴向前跨进一大步。

他与特里斯·西蒙(Patrice Simon)在碳纳米资料的结构与电容性质的联系方面的前驱性的作业使得这一范畴取得突破性开展,促进超级电容器等新式储能器材的发生与开展。尤里·高果其团队首先发现了新式的 Mxenes 资料,这种资料被证明在能量贮存以及其他范畴具有巨大运用价值。他们团队开展了新的组成多孔资料和低维资料的办法,这些资料包含碳基多孔资料、纳米碳管、石墨烯以及各种二维碳化物,他初次提出运用热液组成法组成碳纳米管,并经过原位电子显微镜展现了功能性碳纳米管中的水的失常超慢移动,这些研讨大大推动了碳纳米管范畴的开展。

特里斯·西蒙(图片来历:维基百科)

特里斯·西蒙(Patrice·Simon)是法国图卢兹的保罗萨巴蒂尔大学资料科学范畴的教授。他的研讨首要会集在电化学能量贮存纳米资料的组成方面,包含电化学电容器和锂离子电池体系。一起他在超级电容器的碳多孔资料的研讨也有许多奉献,他提出了经过比较阻抗改变的办法来核算电气体系的老化的办法,发现了新式碳资料在储能器材以及双层电容器期间方面的运用。

罗德尼·S·鲁奥夫(图片来历:维基百科)

罗德尼·S·鲁奥夫(Rodney S. Ruoff)是美国物理化学家和纳米科学家,现在在韩国(国立)蔚山科学技能院担任特聘教授。他和他的研讨团队的作业促进了人类在新式碳纳米资料方面的了解。他是碳纳米结构比如富勒烯、碳纳米管、石墨烯等方面的世界级专家之一。他和 A. L. Ruoff在富勒烯在高压下的力学呼应上的猜测作业以及他和协作者在 C60在不同溶液体系中的溶解现象的作业阐明晰闭合壳层碳结构的别致性质。他也协作开展了新的用于丈量单壁碳纳米管束的力学呼应的原位力学检测技能。

他的团队于 2008 年初次运用石墨烯作为超级电容器的电极资料,最近,他们还报导了一种新的超高比表面积负曲率碳资料和原子层厚度的碳多孔资料(孔径从 0.6 纳米到 5 纳米)。底子他们的研讨标明,这种多孔碳是一种十分抱负的双层超级电容器电极资料。

参考文献:

[1]Supercapacitor, Wikipedia

[2]资料人陈述 | 德国克塞尔大学Yury Gogotsi教授SCI发文数据纵览

[3]Yury_Gogotsi , Wikipedia

[4]Prof.Patrice Simon from University of Paul Sabatier France visits IMR

[5]RodneyvS. Ruoff , Wikipedia

[6] Stoller, M. D.; Park, S.; Zhu, Y.; An, J.; Ruoff, R. S. (2008). "Graphene-Based Ultracapacitors". Nano Letters. 8 (10): 3498–502.

[7] Zhu, Y.; Murali, S.; Stoller, M. D.; Ganesh, K. J.; Cai, W.; Ferreira, P. J.; Pirkle, A.; Wallace, R. M.; Cychosz, K. A.; Thommes, M.; Su, D.; Stach, E. A.; Ruoff, R. S. (2011). "Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene". Science. 332 (6037): 1537–1541.