SuperCapacitors承诺在几秒和几分钟内为电池提供充电,而不是电池的时间。但目前的技术通常不是灵活的,容量不足,并且对于许多它们的性能迅速降低充电周期。
伦敦玛丽女王大学(QMUL)和剑桥大学的研究人员发现了一种方法,可以在一次中风中改善这三个问题。
他们的原型聚合物电极,类似于糖果手杖,通常在圣诞树上挂着,达到储能接近理论极限,但也显示出充放电循环的灵活性和弹性。
该技术可应用于超级电容器的许多类型的材料,并能够快速充电手机,智能衣服和可植入设备。
这项研究发表在ACS能量字母.
解决方案
假壳是聚合物和复合超级电容器的性质,其允许离子在材料内进入,因此包装比碳的电荷更多地,大多数将电荷存储在表面附近的浓缩离子(在所谓的双层中)。
然而,聚合物超级电容器的问题是,这些化学反应所必需的离子只能接触到材料表面以下的最上面几纳米,而其余电极则是自重。以纳米结构的形式生长聚合物是一种增加近表面可接触材料数量的方法,但这可能昂贵,难以扩大规模,并往往导致较差的机械稳定性。
然而,研究人员已经开发出一种方法,在块体材料中编织纳米结构,从而实现传统纳米结构的好处,而无需使用复杂的合成方法或牺牲材料的韧性。
项目负责人,斯托亚Smoukov,解释说:“我们的超级电容器可以存储很多很快,因为薄活性物质(导电聚合物)总是接触第二聚合物含有离子,就像红色的薄区域的拐杖糖总是接近白色的部分。但这次的规模要小得多。
“这种相互渗透的结构使材料更容易弯曲,以及膨胀和收缩而不开裂,导致更长的寿命。这种方法就像是一石二鸟,而不是一石二鸟。”
结果
此前,Smoukov团队利用互穿聚合物网络(IPN)开创了一种实现多功能性的组合路线,其中每个组分都有自己的功能,而不是使用反复试验的化学方法将所有功能整合到一个分子中。
这次他们将该方法应用于能量存储,特别是超级电容器,因为电极表面下方的材料较差的已知问题。
这种相互渗透技术极大地增加了材料的表面积,或者更准确地说,增加了不同聚合物组分之间的界面面积。
互通也恰好解决了超级电容器中的其他两个主要问题。它带来了灵活性和韧性,因为接口阻止了在材料中形成的任何裂缝的生长。它还允许薄区域反复膨胀并缩小,而不会显影大应力,因此它们是电化学抗性并在许多充电循环上保持其性能。
研究人员目前正在合理地设计和评估一系列可以适应于互穿的聚合物系统以进行更好的超级电容器。
在即将到来的审查中,在期刊可持续能源和燃料中公布,他们概述了人们使用的不同技术,用于改善新型超级电容器所需的多个参数。
这种设备可以制成柔软灵活的独立薄膜,可以为嵌入智能服装、可穿戴和植入设备以及软机器人技术。开发人员希望为新兴的物联网(IoT)设备提供无处不在的电力做出贡献,这仍然是未来的一个重大挑战。
了下:电容器,M2M(机器对机器)




