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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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輕質(zhì)超薄碳納米材料柔性全固態(tài)超電容問世 已有1人參與
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移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能手機(jī)等設(shè)備的屏幕越做越大，研發(fā)可卷曲、可折疊的便攜電子產(chǎn)品已成為趨勢。然而，固定形狀的電池限制了可折疊電子產(chǎn)品的發(fā)展，亟需開發(fā)相應(yīng)的柔性儲能器件。天津大學(xué)趙乃勤教授課題組與天津工業(yè)大學(xué)康建立教授合作，研發(fā)成功了迄今最薄的碳納米材料薄膜超級電容器，其厚度僅為A4紙的三分之一（約30微米），柔韌、輕盈，是可穿戴設(shè)備的理想電源。 “輕質(zhì)超薄”是這款超電容的顯著特點(diǎn)。為獲得高的器件綜合性能，該研究團(tuán)隊(duì)從器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)出發(fā)，使其兼具超高能量密度和功率密度。他們先采用化學(xué)氣相沉積法一步制備了一種柔韌多孔碳納米纖維/超薄石墨層雜化薄膜，再以固態(tài)電解質(zhì)封裝兩片雜化薄膜得到全固態(tài)自支撐薄膜超電容。 該超電容厚度只有A4紙厚度的三分之一左右，且有很好的柔韌性。經(jīng)過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該器件整體的體積能量密度和功率密度比目前已報(bào)道的同類超電容可以高出幾個(gè)數(shù)量級（即性能更優(yōu)，“身材”更小但“能量”更大），這對于空間有限的微電子器件來說尤為重要。該超電容每平方米重量僅為58克，未來可將多片超電容嵌入到衣服中，使得平時(shí)穿的衣服變成可以給電子產(chǎn)品供電的“電源”，穿在身上幾乎不增加負(fù)重，且便于攜帶。 同時(shí)，整個(gè)器件還具有很好的抗變形性和循環(huán)穩(wěn)定性，充放電循環(huán)5000次后電容量還保持在96%以上（而鋰電池在充放電循環(huán)1000次左右后電極性質(zhì)會發(fā)生變化，使用中會出現(xiàn)電量不足的情況）。此外，鋰電池的安全問題也成為目前人們關(guān)注的重點(diǎn)，該超電容采用全固態(tài)設(shè)計(jì)理念，當(dāng)其遭受撞擊或者損壞時(shí)不會有液體外泄情況發(fā)生，極大程度上提高了產(chǎn)品的安全性。該超電容同時(shí)具備一般超電容使用壽命長、充放電速度快等優(yōu)勢，在可穿戴電子器件和微器件領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后將會有力推進(jìn)相關(guān)電子產(chǎn)業(yè)的升級換代。 補(bǔ)充背景材料： 超電容一直存在著能量密度不高的缺陷，導(dǎo)致相應(yīng)電子產(chǎn)品如電容車、智能手機(jī)、智能手表等的續(xù)航能力不夠強(qiáng)，需頻頻充電。近年來，大量具有超高比電容的電極材料見諸報(bào)端，其能量密度甚至超過鋰離子電池，但這些結(jié)果大多是相對于【電極材料】而言的，而基于包含了集流體、隔膜、電解液和封裝體等【整個(gè)器件】（電容器）而言，能量密度則就變得平淡無奇了。 只要是產(chǎn)品就會有優(yōu)缺點(diǎn)，超電容本身的缺點(diǎn)就是電量沒有鋰電池高，也就是續(xù)航能力沒有鋰電池高。但續(xù)航能力是個(gè)相對概念，如果在允許的空間內(nèi)能盡可能多地把柔性超電容串并聯(lián)（比如攤開嵌入衣服里），那么整體的續(xù)航能力可能會趕上甚至超過鋰電。所以這個(gè)續(xù)航能力目前還沒有可比性。 |
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2樓2016-01-21 20:19:13
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