彎曲 180 度也不影響性能,石墨烯超級電容有助穿戴式設備、電動車

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 19 日 14:15 | 分類 能源科技 , 電力儲存 Telegram share ! follow us in feedly


又輕又薄、還可以任意彎曲,最近英國與中國科學家利用神奇材料石墨烯(graphene),一同研製出能裝在電動車、手機、穿戴式設備的超級電容,不僅可近乎對摺,5,000 次充放電循環後,還能保有 97.8% 的容量。

超級電容充放電快速,又可以快速充電,但它有個重大的缺點,體積與儲存容量成正比,小型超級電容往往無法儲存大量的能源,而此次英國倫敦大學學院(University College London,UCL)與中國科學院科學家或許解決這個挑戰了。

超級電容(supercapacitor)的儲電方式分為雙電層電容與偽電容,前者以高表面積的碳材料做為電極,電極材料只用來吸收電荷,並不會與電解質發生反應;後者則是運用電極表面與電解質間的電化學反應來儲存電量,儲電方式跟手機上的鋰離子電池較為相像。

而該團隊以多層石墨烯製造出超級電容電極,新型石墨烯密集又多孔的結構特性能捕捉不同大小的電荷離子,而科學家透過多種技術表徵石墨烯材料後,發現當孔洞與電解質的離子恰好契合時,性能表現最好。

科學團隊最佳化材料製作出兩片多層石墨烯薄膜後,再用膠狀物質包覆石墨烯薄膜以傳遞電荷,最終完成 6×6 公分的超級電容。研究指出,新型石墨烯超級電容不僅穩定又可撓,還可以為數十盞 LED 供電。

除此之外,新型電容彎曲角度可達 180°,5,000 次充放電循環後,也能保有 97.8% 的容量。論文第一作者 Zhuangnan Li 表示,即使彎曲 180 °也不會影響性能,且因為超級電容不含液態電解質,也不會有爆炸的風險。

新型材料讓超級電容同時具備高功率密度與高能量密度,前者決定了充放電速度、後者則是影響用電量,Li 表示,而魚與熊掌不能兼得,通常科學家只能二選一,因此這項研究可謂一大突破。

根據研究,超級電容的體積能量密度為 88.1 Wh/L,除了遠高於過去技術的 5-8 Wh/L,也比鉛酸電池的 50-90 Wh/L 還要高,功率密度也比鉛酸電池高兩倍達 10,000 W/L。UCL 數學物理科學院院長 Ivan Parkin 表示,新型超級電容可快充與控制輸出,同時擁有出色的耐用度和靈活性,團隊認為這項技術非常適合用於小型電子產品和電動車的開發。

目前研究已發表在《Nature Energy》。

(首圖來源:UCL

延伸閱讀:

關鍵字: ,