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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)隊從器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計出發(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，該器件整體的體積能量密度和功率密度比目前已報道的同類超電容可以高出幾個數(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，整個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)計理念，當(dāng)其遭受撞擊或者損壞時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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