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美加州大学等研究人员以纳米管联合石墨烯设想机能可进步10倍的超等电容器电极-js848com金沙-www.345js.com

2018-03-07

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图:由空心圆柱形碳纳米管阵列构成“枝”,由石墨烯制成的钝边花瓣状构造的“叶”

   来自加州大学洛杉矶分校亨利萨缪利工程和应用科学学院和其他四所大学的机械工程师曾经为超等电容器设想了一种超等高效和耐久的电极。该装配的设想灵感来自于树枝上树叶的构造和功用,它的效力是其他设想的10倍以上。

   取相似的电极比拟,只管体积更小,重量更沉,该电极设想可供应雷同数目的能量存储,并提供尽量多的功率。正在实行中,取运用相似碳质料制成的最好可用电极比拟,它将电流容量提拔30% ,单元面积电容进步30倍。它借发生了比别的设想下10倍的功率,并正在凌驾10,000次充电周期后保存了95%的初始电容。

这项研讨(《Bioinspired leaves-on-branchlet hybrid carbon nanostructure for supercapacitors》)宣布于近期的《Nature Communications》上。

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   超等电容器是一种可充电的储能装备,其容量比同类电池的容量更大。它们借能快速充电,并连续数百至数千次充电轮回。现在,他们被用于混淆动力汽车的再生制动体系和其他运用。超等电容器手艺的前进能够使其普遍运用,作为消费者天天购置家用电子产品的更熟习的电池的增补,以至是替换。

   工程师们曾经晓得超等电容器能够比现在的模子更壮大,但应战来自于怎样消费出更高效和耐用的电极。电极将贮存能量的离子吸引到超等电容器的外面去应用这些能量。超等电容器中的离子贮存正在电解质溶液中。电极可否快速通报贮存的能量正在很大程度上取决于它能取溶液交流若干离子:它能交流的离子越多,它就能越快天通报能量。

   知道了这一点,研究人员设想了他们的电极,以最大限度天扩大其表面积,为其发明尽量多的空间去吸引电子。他们从树木的构造中获得灵感,树木可以或许吸取大量的二氧化碳停止光合作用,由于它们的叶子比表面积大。-js848com金沙

   该研讨的首席研究员、加州大学洛杉矶分校(UCLA)的机器和航空工程传授蒂姆·费希尔(Tim Fisher)道,“我们常常正在自然界中找到灵感,动物曾经找到了从情况中吸取二氧化碳等化学物质的最好路子。在这种情况下,我们借用了这个设法主意,但范围要小很多,实际上是这个数字的百万分之一。”

   为了设想这些“枝叶”,研究人员运用了两个由碳原子构成的纳米级构造。“树枝”是中空圆柱形碳纳米管阵列,直径约20至30纳米;而“叶子”是厉害的花瓣状构造,约100纳米宽,由石墨烯这类超薄的碳片构成。然后将叶子部署正在纳米管茎的周边上。叶状石墨烯花瓣也付与电极稳定性。

   然后,工程师们将这些构造构成地道状阵列,因此运送贮存能量的离子正在电解液和外面之间活动时,通报能量的阻力比电极外面平展时要小很多。该电极正在酸性前提和高温下也显示优越,正在这两种情况下皆能够运用超等电容器。-金沙国际80683


转载自中国科学网http://www.stdaily.com/zhuanti01/smx/2018-03/02/content_643365.shtml