據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國科研人員制成了一種新型超級電容(DLC)，只需不到1毫秒的時間即可完成充電，并在交流電路的測試中獲得了成功。相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的《科學(xué)》雜志上。
超級電容也稱雙電層電容器，是一種新型儲能裝置，能在幾秒鐘內(nèi)完成充電，此外還具有容量大、功率高、使用壽命長、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點，在數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、新能源汽車等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用價值。
超級電容主要通過導(dǎo)體的表面來存儲電荷，因此用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。目前超級電容大多采用多孔化活性炭結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大儲能面積，這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離，使其與普通電容相比儲能容量更大，與電池相比能量傳遞速度更快。但就某些設(shè)備而言，這區(qū)區(qū)幾秒的充電時間仍然顯得有些長。
由美國JME公司(位于俄亥俄州謝克海茨市的一家電容公司)總裁約翰·米勒所帶領(lǐng)的一個研究團(tuán)隊，對超級電容的結(jié)構(gòu)和電極進(jìn)行了新的設(shè)計，使其充電的時間縮短到了200微秒(人類每次眨眼的時間約為0.2秒—0.4秒，即20萬微秒—40萬微秒)。新的電極由美國維吉尼亞州威廉瑪麗學(xué)院的羅恩·奧特洛設(shè)計。整體由一組與底座垂直的石墨烯基片構(gòu)成：石墨烯基片只有一個原子厚，由等離子體化學(xué)沉積而成；其基座由10納米厚的石墨制成。米勒形象地稱其為“一組600納米高的土豆片并排站在一起”。實驗顯示，與原先的多孔化活性炭結(jié)構(gòu)制成的超級電容相比，新電容效率更高，能在更短的時間內(nèi)完成充電。
據(jù)米勒的研究小組稱，這種新型超級電容不但能夠取代比其大6倍的傳統(tǒng)電容以騰出更多的空間，還能更好地平抑電路中的電壓波動。此外，該電容還在一個交流整流濾波電路的測試中獲得了成功，而先前由于多孔化活性炭電阻率明顯大于金屬，超級電容曾一度被認(rèn)為不能用于交流電路。
羅恩·奧特洛說，下一步他們還將設(shè)法使石墨烯薄片更長更平行，以在最大電容量和離子流最小束縛中找到一個平衡點，使超級電容發(fā)揮出更好的性能。而隨著重量和尺寸逐漸縮小，超級電容還將在航空、航天、軍事等更多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
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