下一代储能突破:快速充电,长时间运行,灵活

弯曲的石墨烯基超级电容器

一种新的弯曲超级电容器,由石墨烯制成,可快速充电,并在长期内储存历史新高的能量。信用:Zhuangnan Li(UCL)博士

虽然在概念验证阶段,但这种新的可弯曲石墨烯.基础的超级电容器在包括电动车辆,手机和可穿戴技术的几种实际应用中显示出巨大的潜力作为便携式电源。

今天(2月17日)发表的发现自然能源,克服了高功率快速充电的超级电容器面临的问题 - 它们通常不能在一个小空间中保持大量的能量。

该研究的第一作者,Zhuangnan Li(UCL化学)博士说:“我们的新超级电容器对于下一代储能yabovip2021技术非常有前途,作为当前电池技术的替代或与其一起使用,以提供用户有更多的力量。

“我们设计了将超级电容器提供高功率密度的材料 - 这是充电或放电的快速 - 以及高能量密度 - 这将确定它可以运行多长时间。通常,您只能拥有这些特征之一,但我们的超级电容器提供了两者,这是一个关键突破。

“此外,超级电容器可以在不影响性能的情况下弯曲至180度,不使用液体电解质,这最大限度地减少了任何爆炸风险,并使其完美地集成到弯道或可穿戴电子设备中。”

一支化学家,工程师和物理学家团队工作在新设计上,它使用具有孔的孔的创新石墨烯电极材料,可以更有效地存储电荷。该调整使超级电容器的能量密度最大化到记录88.1WH / L(每升速度),这是碳基超级电容器的最高能量密度。

类似的快速充电商业技术的能量密度相对较差,5-8WH / L和传统的缓慢充电,但长期跑动电动车辆中使用的电池通常具有50-90wh / l。

虽然该团队开发的超级电容器具有与最先进的铅酸电池的最新价值相当的能量密度,但其功率密度为每升10,000瓦的10,000瓦的数量级。

UCL数学与物理科学的高级作者和院长,Ivan Parkin教授(UCL化学)说:“在紧凑的系统中安全地将大量的能量存放在紧凑的系统中是迈向改善能量存储技术的重要一步。yabovip2021我们已经迅速显示了它,我们可以控制其输出,它具有出色的耐用性和灵活性,使其适用于开发用于小型化电子和电动车辆的开发。想象一下,只需十分钟即可充分收费电动汽车或为您的手机提供几分钟,并且整天持续。“

研究人员从多层石墨烯制成电极,产生致密但多孔材料,能够捕获不同尺寸的带电离子。它们用一系列技术表征了它,并且当孔径匹配匹配电解质中离子的直径时,它发现它最佳。

形成薄膜的优化材料,用于构建具有高功率和高能量密度的概念验证装置。

由两个相同的电极制成6cm×6cm超电容器,其两侧的凝胶状物质的任一侧作用为用于转移电荷的化学介质。这用于为数十个发光二极管(LED)电源,并被发现是高度稳健的,灵活且稳定的。

即使在180度弯曲时,它也与平坦的情况相同,并且在5,000个循环后,它保留了其容量的97.8%。

高级作者,冯丽教授(中国科学院)说:“在未来三十年中,智能技术世界将加速,这将大大改变沟通,运输和日常生活。通过使能量存储更智能,通过自动和交互式地与设备交互式,设备将对我们无形。我们的智能电池是如何改进用户体验的一个很好的示例,并且它们在未来的应用中表现为便携式电源的巨大潜力。“

Reference: “Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore utilization towards compact capacitive energy storage” by Zhuangnan Li, Srinivas Gadipelli, Hucheng Li, Christopher A. Howard, Dan J. L. Brett, Paul R. Shearing, Zhengxiao Guo, Ivan P. Parkin and Feng Li, 17 February 2020,自然能源
DOI:10.1038 / S41560-020-0560-6

该研究由中国科学技术部,中国科学学院,中国科学院和EPSRC提供资金。

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