科學(xué)家研發(fā)充電速度提升五倍的超級(jí)電容器

來(lái)自昆士蘭科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近日整合了兩種混合超級(jí)電容器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)即時(shí)充電放電，相對(duì)于 NiMH 電池大幅改善了能量存儲(chǔ)性能。在 12 月《先進(jìn)材料》上發(fā)表的新研究中，QUT 團(tuán)隊(duì)描述了一種使用電容器式碳化鈦負(fù)極和電池式石墨烯混合式正極的設(shè)計(jì)。

在本文開(kāi)始之前，首先理清下電池的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：

● 能量密度（Wh/Kg）

指的是電池每千克重量下可以存儲(chǔ)的能量重量

● 功率密度（W/Kg）

指的是設(shè)備在充電和放電的時(shí)候可以多快地移動(dòng)能量

鋰電池以化學(xué)形式存儲(chǔ)能量，由于其能量密度較高而被廣泛使用，但是擁有智能手機(jī)或電動(dòng)汽車(chē)的人都知道，鋰電池的充電速度相當(dāng)緩慢。而另一方面，超級(jí)電容器以靜態(tài)方式而不是以化學(xué)形式存儲(chǔ)能量，這意味著它們可以更快，更快速地充電和放電，而不會(huì)降低其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

因此，它們具有非常高的功率密度，但這被其能量密度遠(yuǎn)低于化學(xué)電池的事實(shí)所抵消。因此，科學(xué)家一直在尋找介于這兩者之間的設(shè)備，混合超級(jí)電容器兼具兩者優(yōu)勢(shì)，在保持充電速度的情況下比常規(guī)超級(jí)電容器存儲(chǔ)更多的能量。

研究小組設(shè)計(jì)了一種混合電容器，其功率密度（因此充電能力）“約為鋰電池的10倍”，而能量密度“接近于鎳氫金屬電池”。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該電容器的能量密度為 73 Wh/kg，是當(dāng)代最先進(jìn)的 EV 電池提供的能量的 28%，但功率密度可以達(dá)到 1600 W/Kg，de而作為對(duì)比，鋰電池的功率密度約為 250 W/kg-340 W/kg。

如果拿特斯拉的 Model S Plaid+ 做比較，就是續(xù)航里程從 520 英里（837 公里）縮減到 145 英里（233 公里），但如果基礎(chǔ)設(shè)施允許的情況下，充電功率能夠快至少 5 倍。

功率密度雙向起作用，這意味著電池組不會(huì)阻礙真正可怕的功率輸出。在當(dāng)今的Plad + Tesla擁有驚人的1100匹以上的馬力的情況下，基于混合動(dòng)力超級(jí)電容的等效產(chǎn)品將具有能夠?yàn)殡妱?dòng)機(jī)提供五倍功率的電池組。

QUT團(tuán)隊(duì)高興地注意到，這些混合超級(jí)電容器的使用壽命也比鋰離子電池在測(cè)試臺(tái)上的壽命長(zhǎng)一倍，在 10，000 次完整的充電/放電循環(huán)后仍可保持其初始存儲(chǔ)容量的 90％。
責(zé)編AJX