怎麼拉扯都可行,新型奈米碳管超級電容拉長 8 倍照能運作

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 25 日 15:36 | 分類 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly


不管怎麼扯、怎麼拉都不會損壞的超級電容有望問世。最近美國科學家透過在矽晶圓上打造一座皺巴巴的奈米碳管森林,研發出縱使伸長 8 倍,也不影響性能的超級電容。

超級電容跟電池一樣可以儲存電力,只是方法略有不同,其中電池是透過化學反應產生電荷,超級電容則是被動電子元件,充放電不依靠化學反應、也無法自己發電,主要從分離出的電荷中存儲能量,它具有充放電時間短、壽命長、功率密度高等特點,因此能提供汽車在起步、加速、上坡等瞬間輸出要求。

而超級電容跟電池的相似點,大約就是一樣又硬又脆吧,有許多科學家都想要研發更輕便、可撓的儲能技術,其中美國密西根州立大學(MSU)與杜克大學(Duke University)團隊也不例外,他們的目標是研發出能承受任何拉扯、扭曲、彎曲的創新設備,畢竟若是電源的大小、性能與可撓度會大大影響產品設計發想。

為了實現理想,該團隊首先在矽晶圓上生長百萬支直徑 15 奈米、高度約 20-30 微米的奈米碳管,打造一座「奈米碳管的森林」,最後再森林上方覆上一層金奈米薄膜當作集電器,進一步降低電阻提高功率密度。

接下來科學家把金色奈米層面朝下放到一個已經拉長 4 倍的彈性基材,放上去後再把基材縮回原本的大小,讓金色薄膜、奈米碳管整個擠成一團(如首圖),最後再把凝膠電解質灌入。杜克大學電機與電腦工程教授 Jeff Glass 表示,這些皺褶讓小空間有著大容量效果,進而增加電荷容納量。

只要儲存電荷的面積越大、分離出的電荷越密集,超級電容的容量也就越大,目前科學團隊已經研發出郵票大小的可撓超級電容,研究人員指出,新型超級電容拉長 8 倍照能運作,10,000 次充放電循環性能僅下降幾個百分點,且當 4 個超級電容串聯在一起時,可以為一只 2 伏特的卡西歐手錶供電一小時半。

MSU 機械工程助理教授 Changyong Cao 表示,雖然研究還有許多進步空間,但團隊已經可以開始將設備整合到其他可撓的電線、感測器系統中,打造新的可撓設備,而團隊也認為,未來超級電容有機會成為穿戴式設備或是生物醫學等助一臂之力。

目前研究已發表在《SSRN Electronic Journal》。

(首圖來源:杜克大學

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