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电容器氧化锰纳米我国开发超级电容器

据英国《新科学家》杂志报道,由纳米花和纳米草组成的纳米级牧场可以将越来越多的能量贮存在超级电容器中,而超级电容器可以取代电动汽车中所使用的。

由于电池贮存的是化学能,因此得慢慢充电,相比之下,电容器贮存的是电能,因此在充电的同时能很快充满电,只是电量不太多。但随着技术的进步,近年来的电容器得到了很大的提升,目前正在开发的超级电容器贮存的电量是一般电容器的数千倍,因此可以驱动电动五金|工具甚至电动汽车。不过,在真正使用之前,超级电容器的贮电能力还有待进一步提高。而我国科学家已经找到了新办法,可望让它们尽快应用于实际中。

其实,超级电容器是一种简单装置,它们通过悬浮在电解液中的两个电极之间所产生的电压来充电,即正离子一头连着一个电极,负离子一头连着另一个电极。由于此电极上涂有多孔渗水材料,可以像海绵一样吸收离子,从而可以达到贮存能量的目的。此多孔渗水材料一般都使用活性碳。为提高超级电容器的贮电能力,就得让这些碳海绵更加多孔。如今,我国化学防护研究所的张豪(音译)和北京大学的同事一道采取了不同的办法来改进超级电容器的性能。他们将离子贮存在氧化锰中,而氧化锰比活性碳还有更多的空间来贮存离子。

然而,虽然氧化锰贮存离子很出色,但它有较高的电阻,从而使它很难实现第一场所充电,得进行双倍充电。于是,研究人员将氧化锰纳米花种在直径大约100纳米的碳纳米管草上,而碳纳米管草又种在钽金属薄片上,由此形成了“纳米牧场”的精微结构。张豪表示,每一朵氧化锰纳米花至少有二根碳纳米管草支撑着,后者扮演电子超级公路,给上面的氧化锰纳米花供电。当氧化锰纳米花充上电之后,它就能吸附离子,从而能很好地贮电。

结果表明,纳米牧场的贮电能力是单个氧化锰的贮电能力的10倍,所贮备的电量是现有超级电容器所使用的碳电极的贮电量的二倍。张豪表示,而且,纳米牧场的复杂结构可以抵挡机械性能的退化,从而避免超级电容器的性能随时间的过去而下降。测试结果表明,此新装置的贮电能力在充电和耗电2万次循环之后仅仅下降了3%,胜过其它高性能的设计。

英国曼彻斯特大学的迈克·巴恩斯表示,这是一种提升超级电容器性能的有趣办法。但在上市销售之前还得让它更能经受物理方面的退化,也就是更能耐用。一旦这种超级电容器用于电动汽车上,踩刹车的同时就能充满电。如果在城市行驶的话,1小时充电大约60次就可以了。
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