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新材料大幅提升超電容器存儲能力

作者: 來源:綜合報道 發(fā)布時間:2012-03-15 瀏覽:
     中國儲能網訊:新型電極都有4至5納米寬的孔隙,高孔隙率具有高表面積,可以存儲大量的電荷。
 
    有一家新創(chuàng)公司名為納米屯公司(Nanotune),這家公司說,它的超級電容器(ultracapacitor)技術可以使電動汽車更便宜,而且延長行駛里程。該公司位于加州(California)山景城(Mountain View),公司開發(fā)出一種方法,用以制備電極,制成的超級電容器具有5至7倍的存儲能力,這是對比傳統(tǒng)超電容器而言。
 
    能量海綿:顯微鏡圖像:顯示多孔結構的新電極材料,有助于提高超級電容器存儲容量。來源:麻省理工科技創(chuàng)業(yè) 
 
    傳統(tǒng)超級電容器具有優(yōu)勢,可以提供快速爆發(fā)的功率,可充電幾十萬次,不會損失太多的容量,但是太昂貴,儲存能量太少,難以更換電池。
 
    然而,納米屯公司已經籌集到300萬美元,這些資金是來自風險投資公司德豐杰公司(Draper Fisher Jurvetson),納米屯公司表示,它的超級電容器已經快要競爭過一些電池的能量儲存,可能很快會超過它們。使用傳統(tǒng)的電解質,這家公司展示的能量存儲是每千克20瓦時,相對比的是大約5瓦時的傳統(tǒng)超電容器。使用更昂貴的離子液體電解質,這家公司制備的超級電容器就可存儲每千克35瓦時。到今年年底,該公司希望大體上翻番這一存儲容量,納米屯公司總裁黃寬才(Kuan-Tsae Huang)說。達到每千克40瓦時,超級電容器的改進就超越了一些混合動力汽車使用的電池。
 
    最近幾個月,幾家新創(chuàng)公司宣布,他們正在利用納米技術制成更好的超級電容器。每家公司都希望能有助于解決今天電動汽車的一個最大的問題:就是它們電池的高成本和有限的存儲容量。例如,日產為了使它的電動汽車Leaf能被買得起,不得不限制電池的大小,結果是行駛里程只有73英里。
 
    從部分原因看,電池系統(tǒng)如此昂貴笨重是因為電池會退化,原因是它們被使用,尤其是會暴露于極端溫度,這樣,汽車制造商往往會加強它們,采用的是冷卻和加熱系統(tǒng),添加額外的電池單元,彌補損失的性能,隨著時間的推移就會這樣。超級電容器可以回避這個問題,因為它們充電不會退化,可運行得很好,適應很大的溫度范圍。
 
    最后,黃寬才說,有可能使制成的超級電容器每千克存儲500瓦時,這就提高了約3至4倍,這是對比鋰離子電池而言,就是目前汽車使用的那種。實際效益可能更大。汽車往往設計為只使用一半的電池存儲容量,以防止它們退化。但是幾乎所有的超級電容器存儲容量都可以使用。
 
    納米屯公司的技術現在非常昂貴,在每千瓦時2400到6000美元之間(美國能源部提出的目標是每千瓦時250美元,這可使電動汽車競爭過常規(guī)汽車)。但是,納米屯公司說,它的成本可以下降到低于每千瓦時150美元,條件是一些關鍵材料如電解質的價格繼續(xù)下降,而且制造業(yè)擴大規(guī)模。
 
    公司的能量存儲規(guī)劃依賴幾項進展,都正在研究。納米屯公司目前正在制備的電極都有孔隙,這些孔隙約4至5納米寬,但是公司說,可以把它們做得更?。ǜ呖紫堵蕦е赂弑砻娣e,這使它可以存儲大量的電荷),并可進行調整,以匹配所需的不同電解質,離子導電材料就是電極浸入的那種。
 
    公司還正在研究利用離子液體,而不是傳統(tǒng)的有機電解液。這增加了系統(tǒng)電壓,大大提高了能源儲存,但它們通常不兼容傳統(tǒng)的超級電容電極。最后,公司希望利用最近的學術成果,加入少量釕(ruthenium)到超級電容器中,這可以增加能量存儲。
 
    納米屯公司并不是第一家公司,聲稱制成的超級電容器具有非常高的儲能。其他公司發(fā)現這個承諾很難實現。提高表面積可以提高的存儲容量,也就只有這么多,因為在某些地方,存儲受限于電解質中的離子。離子液體有助于這一點,但它們有重大缺陷,喬爾•辛達爾(Joel Schindall)說,他是麻省理工學院(MIT)電子工程和計算機科學教授。有家公司名為快帽系統(tǒng)公司(FastCap Systems),這家公司正在研發(fā)超電容器,使用的是碳納米管,快帽公司就是他實驗室的衍生公司。)離子液體非常昂貴,首先,有些可運作良好,但只是在有限的溫度范圍,這就使它們不適用于汽車。
 
    但是,辛達爾說,納米屯公司可能達不到非常高的能量目標,但仍然可以改進有競爭力的電動汽車和混合動力汽車。有了耐用的超級電容器,甚至可使能源存儲達到每千克100瓦時,這就接近鋰離子電池,“那就太棒了。”
 
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關鍵字:新材料 超級電容器 儲能

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