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华东理工和牛津大学开发氯气电极 为超级电容器提供高功率和能量密度

超级电容器是与可充电电池互补的储能设备,甚至可以部分取代电池。目前,受能量密度的影响,超级电容器的运行时间不长。据外媒报道,研究团队开发了一种新方法,可以制造带有“呼吸”电极的超级电容器。研究人员解释。

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超级电容器是与可充电电池互补的储能设备,甚至可以部分取代电池。目前,受能量密度的影响,超级电容器的运行时间不长。据外媒报道,研究团队开发了一种新方法,可以制造带有“呼吸”电极的超级电容器。研究人员解释称,这是从蜥蜴汲取的灵感,蜥蜴潜入水下时会带着气泡呼吸。

利用制动能量充电的超级电容器,有利于现代有轨电车和公共汽车节省电力。与可充电电池相比,超级电容器是储能“短跑选手”,可以在极短的时间内产生非常大的电流(高功率密度);但不是良好的“长跑选手”,因为即使用电量低,也不会持续很长时间(能量密度低)。现代电能存储设备需要同时具有这两种特性,并且重量轻。然而,目前提高能量密度的方法总是以功率密度为代价,这是超级电容器发展的绊脚石。

华东理工和牛津大学开发氯气电极 为超级电容器提供高功率和能量密度

由华东理工大学和牛津大学研究人员组成的团队着手克服这一挑战。其灵感来自于一只小蜥蜴。安乐蜥属蜥蜴(Anolis lizard)生活在陆地上,但潜水寻找食物时也能在水下呼吸。为了做到这一点,蜥蜴头上的一层鳞片上附着一个气泡。新开发的电极由多孔碳材料制成(直径约3纳米的多孔碳纳米管最合适)。这种材料浸没在食盐溶液中作为电解质时,也可以附着一层气体。然而,使用的气体不是空气,而是氯气。

在超级电容器的充、放电过程中,除了通常的电荷分离,该电极还会发生氧化还原反应。充电时,电极将电子转移到氯气中,将氯还原为氯离子,进入溶液,这是电极“呼气”;放电时,氯离子被氧化回氯气,使气体返回电极的孔隙,这是电极在“吸气”。

该团队使用多种分析方法,证明了电极中没有氯气逸出。气体薄层中的快速还原/氧化和快速传质(rapid mass transfer),极大地提高了超级电容器的能量密度,同时保持极高的功率密度。即使经过数千次循环,仍可保持同等高容量水平。

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