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中美研究人员使用锡代替部分钴 推动超级电容器发展

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研究团队开发半固态电极 防止下一代锂电池短路

58京牌 ,在宾夕法尼亚州立大学和中国电子科技大学研究人员的通力合作下,一种功能强大的、可持续性微型超级电容器或将问世。对高容量、快速充电的储能设备来说,电极构成一直是限制性因素,其连接性会影响充电和能量分配过程中的电子流动。现在,研究人员开发出一种更好的材料,可以提高电极连接性,同时保持可回收性和低成本。

(图片来源:engr.psu)

研究人员Jia Zhu表示:“与典型的电池不同,超级电容器是一种非常强大的能量密集型设备,而且充电速度很快。但是,是否能使其变得更强大、更快、持续周期更长呢?”

研究人员探讨微型超级电容器的连接性。氧化钴是一种储量丰富的低成本材料,从理论上来说,具有快速转移能量电荷的强劲能力,通常用于构成电极。然而,与氧化钴混合制成电极的材料可能反应不良,使能量容量远低于理论值。

研究人员对原子库中的材料进行了模拟,观察是否可以通过添加另一种材料(也称为掺杂)提供额外的电子,放大作为电极的氧化钴的预期特性,同时充分减少甚至完全避免产生不良影响,他们对不同的材料种类和料位进行建模,以了解它们如何与氧化钴相互作用。Zhu表示:“我们对可能使用的材料进行了筛选,但很多材料太贵或有毒。因此,我们选择了锡。这种材料易于获得、成本低,而且对环境无害。”

在模拟过程中,研究人员发现,用锡替代部分钴,并将这种材料与商用石墨烯薄膜相结合,可以制造出低成本、易于开发的电极。这种石墨烯薄膜是一种单原子厚度材料,可以支持电子材料而不改变其性能。中国研究团队在模拟完成后进行了实验,以观测是否可以实现这种模拟。实验结果证实,用锡进行部分替代后,氧化钴结构的导电性明显提高。预计所开发的装置具有很好的实际应用前景,有望成为下一代储能装置。

接下来,研究人员计划使用自制版石墨烯薄膜(一种通过部分切割然后用激光破碎材料而产生的多孔泡沫)来制造柔性电容器,以实现简单而快速的导电性能。研究人员Huanyu “Larry” Cheng表示:“超级电容器是关键部件,但我们也有兴趣加入其他机制,使其既可以作为能量收集器,也可作为传感器。”

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