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超級電池是什么

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年10月15日  

超級電池是美國科學家研制的一種新型電池,它們被稱為微型石墨烯超級電容,其充電和放電速度比普通電池快1000倍。


超級電池采用單原子厚度的碳層構成,這項技術能夠在最短時間內對手機和汽車快速充電,能夠很容易制造并整合成為器件,未來有望制造更小的手機。


超級電池的特點


為了使超級電池更具有效性,兩個分離電極的放置方式必須使其表面積最大化,這將使超級電池能夠存儲更多電能。


過去的微型電池是多層石墨烯堆疊在一起作為電極,像三明治面包片。但在超級電池中,研究人員使用叉合模型(類似于互相交織的手指)將電極并排放在一起。這有助于實現兩個電極表面積的最大化,盡管這同時也會減少電解液中離子需要擴散的路徑。


超級電池的制造


為了研制這種微型超級電池,研究人員使用二維石墨烯層,在第三維立體層面其厚度僅有單個原子。


由于制造微型超級電容的傳統方法涉及到密集型光刻技術,被證實很難制造成本低廉的器件,因此在商業應用領域受限。


但是,研究人員基于適用于大眾的光速寫DVD燒錄技術,可以僅用部分傳統裝置成本制造出石墨烯微型超級電容。


使用這種技術,利用廉價材料僅不足30分鐘在一個光盤上制造100多個微型超級電池。


超級電容電池又叫黃金電容、法拉電容,它通過極化電解質來儲能,屬于雙電層電容的一種。由于其儲能的過程并不發生化學反應,因此這種儲能過程是可逆的,正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。超級電容一般使用活性碳電極材料,具有吸附面積大,靜電儲存多的特點,在新能源汽車中有廣泛使用。


超級電容器電池又叫雙電層電容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)是一種新型儲能裝置,它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。超級電容器用途廣泛。用作起重裝置的電力平衡電源,可提供超大電流的電力;用作車輛啟動電源,啟動效率和可靠性都比傳統的蓄電池高,可以全部或部分替代傳統的蓄電池;用作車輛的牽引能源可以生產電動汽車、替代傳統的內燃機、改造現有的無軌電車;用在特種上可保證坦克車、裝甲車等戰車的順利啟動(尤其是在寒冷的冬季)、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機電設備的儲能能源


超級電容器由于石油資源日趨短缺,并且燃燒石油的內燃機尾氣排放對環境的污染越來越嚴重(尤其是在大、中城市),人們都在研究替代內燃機的新型能源裝置。已經進行混合動力、燃料電池、化學電池產品及應用的研究與開發,取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學電池污染環境、系統復雜、造價高昂等致命弱點,一直沒有很好的解決辦法。而超級電容器以其優異的特性揚長避短,可以部分或全部替代傳統的化學電池用于車輛的牽引電源和啟動能源,并且具有比傳統的化學電池更加廣泛的用途。正因為如此,世界各國(特別是西方發達國家)都不遺余力地對超級電容器進行研究與開發。其中美國、日本和俄羅斯等國家不僅在研發生產上走在前面,而且還建立了專門的國家管理機構(如:美國的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等),制定國家發展計劃,由國家投入巨資和人力,積極推進。就超級電容器技術水平而言,目前俄羅斯走在世界前面,其產品已經進行商業化生產和應用,并被第17屆國際電動車年會(EVS—17)評為最先進產品,日本、德國、法國、英國、澳大利亞等國家也在急起直追,目前各國推廣應用超級電容器的領域已相當廣泛。在我國推廣使用超級電容器,能夠減少石油消耗,減輕對石油進口的依賴,有利于國家石油安全;有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題;有利于解決戰車的低溫啟動問題。目前,國內主要有10余家企業在進行超級電容器的研發


超級電容器是建立在德國物理學家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎上的一種全新的電容器。眾所周知,插入電解質溶液中的金屬電極表面與液面兩側會出現符號相反的過剩電荷,從而使相間產生電位差。那么,如果在電解液中同時插入兩個電極,并在其間施加一個小于電解質溶液分解電壓的電壓,這時電解液中的正、負離子在電場的作用下會迅速向兩極運動,并分別在兩上電極的表面形成緊密的電荷層,即雙電層,它所形成的雙電層和傳統電容器中的電介質在電場作用下產生的極化電荷相似,從而產生電容效應,緊密的雙電層近似于平板電容器,但是,由于緊密的電荷層間距比普通電容器電荷層間的距離更小得多,因而具有比普通電容器更大的容量。


雙電層電容器與鋁電解電容器相比內阻較大,因此,可在無負載電阻情況下直接充電,如果出現過電壓充電的情況,雙電層電容器將會開路而不致損壞器件,這一特點與鋁電解電容器的過電壓擊穿不同。同時,雙電層電容器與可充電電池相比,可進行不限流充電,且充電次數可達10E6次以上,因此雙電層電容不但具有電容的特性,同時也具有電池特性,是一種介于電池和電容之間的新型特殊元器件。

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