伊朗研發奈米碳管紙質超級電容,彎曲摺疊都不影響儲電

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 23 日 14:16 | 分類 奈米 , 材料 , 電力儲存 follow us in feedly

輕便型儲能技術重要性不言可喻,若成功研發出可撓輕薄、壽命又長的儲能技術,將有助於醫療、穿戴式設備與新興大規模儲能市場,而近期伊朗科學家成功在超級電容有所突破,透過奈米碳管研發出全新紙質超級電容,彎曲摺疊都不會影響儲電性能。



超級電容是集電池與電容優點於一身的儲能設備,擁有可與電池媲美的儲電容量以及跟傳統電容一樣的低內阻,可直接以物理方式儲存電能,具有高功率密度、壽命長、充放電效率高、高電壓、耐高溫等優點,紙質超級電容則更輕也更便宜,有望開發出全新的應用範圍。

超級電容的儲電方式分為兩種,分別是雙電層電容與偽電容,而伊朗伊斯蘭自由大學德黑蘭科學與研究分部的電漿物理研究中心團隊則採用雙電層電容,以高表面積的碳材料當電極,電極材料只用來吸收電荷,並不會與電解質發生反應。

為了打造更輕薄的超級電容,團隊首先研究商用超級電容結構,分別運用奈米碳管、石墨烯、石墨奈米粒子打造出 3 種不同的紙質電容器電極,並利用成本較低的鈦化鋇(barium titanate)來隔開電容分層,希望可比較出不同電極對紙質超級電容性能的影響。

▲ 奈米碳管電極的剖面圖。(Source:Heliyon

實驗最終顯示,奈米碳管超級電容性能最佳,電解質採用聚乙烯醇(PVA)、磷酸,能量密度與功率密度可達到每公斤 91Wh 與 13.6Wh,相較之下石墨奈米粒子與石墨烯超級電容的能量密度與功率密度皆略遜於奈米碳管電極,能量密度為 79Wh 與 81Wh,功率密度為 11Wh 與 12Wh;而在 2,000 次充放電循環後,奈米碳管與石墨奈米粒子表現最佳。

▲ 奈米碳管、石墨烯與石墨奈米粒子的比電容(specific capacitance)數值。(Source:Heliyon

研究也指出,無論如何捲繞與摺疊,新型紙質超級電容都能有效儲存電力。研究博士 Leila Fekri Aval 表示,新型超級電容應用範圍將會越來越廣泛,成本也會逐漸降低,屆時任何人都負擔得起這項技術。新型電容將來可用於植入性醫療產品、皮膚貼片、穿戴式技術以及家庭跟商用的儲能設備,未來說不定你口袋裡面的捲狀物就是手機與筆電沒電時的救星。

Aval 表示,能源是未來人們最重要課題,要如何打造具有高功率、高能量密度、成本又低廉的設備相當難,但這也是團隊研究紙質超級電容的動力。目前研究已發表在《Heliyon》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖為示意圖,來源:Flickr/Eugene Peretz CC BY 2.0)