如何儲存更多的電能？多項成果推動超級電容發(fā)展
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】隨著石油資源的日益短缺以及排放污染的漸趨嚴重，以燃料電池汽車為代表的電動汽車正受到愈來愈廣泛地關(guān)注。但由于質(zhì)子交換膜燃料電池存在動態(tài)響應慢、成本高昂、冷啟動性能差以及耐久性較差等缺點，使得純?nèi)剂想姵仄嚨纳虡I(yè)化發(fā)展受到限制。這對供能系統(tǒng)提出了新的要求，因此急需開發(fā)新型、高效的儲能器件與之匹配。
超級電容是一種在電容器和電池這兩種能量儲存器件 的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種新型儲能設(shè)備。超級電容器的比容量和能量密度遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的電容器，能量密度優(yōu)于電池，具有快速充電、使用壽命長、電容器工作溫度范圍廣、放置時間長、無需維護和環(huán)境保護等優(yōu)點。
在電池中，電化學反應發(fā)生在整個電極材料中，而在超級電容器中，只有電極-電解質(zhì)界面才會產(chǎn)生電荷的累積并形成雙電層，即為兩個電容器的串聯(lián)。并且由于電極板間距很小且界面很薄，電極通常會選用比表面積較大的多孔材料，因此其能量密度和比電容遠大于普通的電容器。相比于傳統(tǒng)電池，超級電容在放電時不涉及電極材料間緩慢的離子/電子傳導， 因此又具有高的功率密度和長的循環(huán)使用壽命。
目前研究的超級電容器材料主要包括以碳基材料為主的雙電層電容材料和以過渡金屬氧化物為主的贗電容材料，還包括一些兩者的復合材料及導電聚合物。活性炭是目前最常用的商用超級電容器材料，其比容量與所用的電解液關(guān)系很大。
如今，超級電容由于功率密度大、充放電速度快、使用壽命長、工作溫度范圍廣等優(yōu)點在新能源領(lǐng)域有著重要的應用。微電網(wǎng)、新能源汽車、風力發(fā)電等領(lǐng)域都離不開超級電容器這種儲能技術(shù)。
蘭州大學物理學院柔性電子科研團隊在蘭偉教授的帶領(lǐng)下，針對體內(nèi)植入特殊應用場景，全部選用生物可降解材料，通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)和利用凝膠電解質(zhì)的離子限域效應，獲得電化學性能優(yōu)異的鋅離子混合超級電容器，將其作為生物可降解能源系統(tǒng)的電能儲存模塊。雖然超級電容器每單位體積存儲的能量比鋰電池少，但它們具有高功率密度，因此可以始終如一地提供大量能量。
除此之外，科學家們還在不斷更新迭代超級電容，使其儲能更進一步。美國橡樹嶺國家實驗室研究人員創(chuàng)造了一種具有增強的物理化學和電化學性質(zhì)的炭材料，將炭基超級電容的儲能界限推向了新的水平。
商用超級電容有兩個電極，即一個陽極和一個陰極，它們是分開的，并浸泡在電解液中。在電解液和炭之間的界面上，雙電層可逆地分離電荷。制造超級電容電極的首選材料是多孔炭。這些孔為存儲靜電電荷提供了很大的表面積。
研究人員利用機器建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用其預測，如果炭與氧和氮摻雜，炭電極的最高電容將達到每克570法拉。于是，他們設(shè)計了一種非常多孔的摻雜炭，它可為界面電化學反應提供巨大的表面積。隨后，他們合成了一種用于儲存和傳輸電荷的新材料——富氧炭框架。
合成材料的電容為每克611法拉，是典型商業(yè)材料的4倍。這種材料的表面積是有記錄以來最高的炭基材料之一，每克重量的表面積超過4000平方米。這是有記錄以來多孔炭的最高存儲容量，是一個“真正的里程碑”。用這種新材料制造的超級電容器可儲存更多的能量，從而改善再生制動系統(tǒng)、電力電子設(shè)備和輔助電源。該項研究有可能加速超級電容用炭材料的開發(fā)和優(yōu)化。
雖然超級電容并不像電池那樣可以創(chuàng)造能源，但其可以通過多種途徑來收集能源并加以利用，比如從電池、車的再制動系統(tǒng)、風電廠的風力渦輪機中收集能量。同時，我們也可以相信，在未來的儲能技術(shù)中，超級電容與電池之間的結(jié)合將會越來越好。
(資料參考來源：科技日報)
關(guān)注本網(wǎng)官方微信 隨時閱讀專業(yè)資訊
- 2024年11月份全社會用電量同比增長2.8% 2024-12-25 15:06:43
- 11月份，全社會用電量7849億千瓦時，同比增長2.8%。
- 我國新型電力量測設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)取得突破 2024-12-25 13:31:46
- 中國電力科學研究院牽頭的“基于自主操作系統(tǒng)的電力量測設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應用”項目取得重大突破，其成果日前榮獲中國機械工業(yè)聯(lián)合會機械工業(yè)科學技術(shù)獎二等獎。
- 博科測試正式登陸深交所 募集資金助力未來發(fā)展 2024-12-23 14:48:49
- 博科測試（證券代碼：301598）于2024年12月20日在深交所成功上市，公開發(fā)行股票募集資金5.66億元。公司專注于伺服液壓測試設(shè)備和汽車測試試驗設(shè)備領(lǐng)域，近年來業(yè)績穩(wěn)定增長，此次上市將助力其未來發(fā)展。
- 國產(chǎn)聲納測腔裝備在金壇儲氣庫試驗成功 助力儲氣技術(shù)發(fā)展 2024-12-23 14:19:55
- 國產(chǎn)鹽穴儲氣庫聲納測腔裝備在金壇儲氣庫現(xiàn)場試驗成功，最大測距達70米（天然氣環(huán)境）和240米（鹵水環(huán)境），性能媲美國際同類產(chǎn)品。該裝備由國家管網(wǎng)集團自主研制，對推動我國儲氣庫行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和提升儲氣能力具有重要意義。
- 國家電網(wǎng)發(fā)布電力行業(yè)千億級大模型，阿里、百度參與共建 2024-12-23 09:21:19
- 近日，國家電網(wǎng)有限公司在京隆重發(fā)布了國內(nèi)電力行業(yè)首個千億級人工智能大模型——光明電力大模型。同時，國家電網(wǎng)有限公司還與百度集團、阿里巴巴集團簽署了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，共同推動能源電力科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的融合發(fā)展。
版權(quán)與免責聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權(quán)等法律責任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
