《科学》:新型超级电容充电仅需200微秒

2010-10-18 16:40 来源: 科技日报
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  据美国物理学家组织网近日报道,美国科研人员制成了一种新型超级电容(DLC),只需不到1毫秒的时间即可完成充电,并在交流电路的测试中获得了成功。相关论文发表在近期出版的《科学》杂志上。

  超级电容也称双电层电容器,是一种新型储能装置,能在几秒钟内完成充电,此外还具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点,在数码相机、掌上电脑、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值。

  超级电容主要通过导体的表面来存储电荷,因此用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大。目前超级电容大多采用多孔化活性炭结构来扩大储能面积,这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离,使其与普通电容相比储能容量更大,与电池相比能量传递速度更快。但就某些设备而言,这区区几秒的充电时间仍然显得有些长。

  由美国JME公司(位于俄亥俄州谢克海茨市的一家电容公司)总裁约翰·米勒所带领的一个研究团队,对超级电容的结构和电极进行了新的设计,使其充电的时间缩短到了200微秒(人类每次眨眼的时间约为0.2秒—0.4秒,即20万微秒—40万微秒)。新的电极由美国维吉尼亚州威廉玛丽学院的罗恩·奥特洛设计。整体由一组与底座垂直的石墨烯基片构成:石墨烯基片只有一个原子厚,由等离子体化学沉积而成;其基座由10纳米厚的石墨制成。米勒形象地称其为“一组600纳米高的土豆片并排站在一起”。实验显示,与原先的多孔化活性炭结构制成的超级电容相比,新电容效率更高,能在更短的时间内完成充电。

  据米勒的研究小组称,这种新型超级电容不但能够取代比其大6倍的传统电容以腾出更多的空间,还能更好地平抑电路中的电压波动。此外,该电容还在一个交流整流滤波电路的测试中获得了成功,而先前由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属,超级电容曾一度被认为不能用于交流电路。

  罗恩·奥特洛说,下一步他们还将设法使石墨烯薄片更长更平行,以在最大电容量和离子流最小束缚中找到一个平衡点,使超级电容发挥出更好的性能。而随着重量和尺寸逐渐缩小,超级电容还将在航空、航天、军事等更多领域获得应用。