北卡羅來(lái)納州立大學(xué)（North Carolina State University）的研究人員已發(fā)現(xiàn)一些方法，有一種聚合物，稱為聚偏二氟乙烯（PVDF ：Polyvinylidene Fluoride），可以使電容器迅速儲(chǔ)存和釋放大量的能量。他們的發(fā)現(xiàn)可能帶來(lái)更強(qiáng)大、更高效的電動(dòng)汽車。
研究人員發(fā)現(xiàn)了一些方法，聚偏二氟乙烯可以使電容器迅速儲(chǔ)存和釋放大量的能量。他們的發(fā)現(xiàn)會(huì)帶來(lái)更強(qiáng)大，更高效的電動(dòng)汽車。來(lái)源：北卡羅來(lái)納州立大學(xué)
電容器就像電池，它們也是存儲(chǔ)和釋放能量。然而，電容器是使用分離的電荷，而不是化學(xué)反應(yīng)，來(lái)儲(chǔ)存能量。帶電粒子可以使能量快速儲(chǔ)存和釋放。想象一下，電動(dòng)汽車從靜止加速到每小時(shí)60英里，加速度等同于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)跑車。沒(méi)有電池可以達(dá)到那種類型的加速度，因?yàn)樗鼈冡尫拍芰窟^(guò)于緩慢。然而，電容器就可以做到這一點(diǎn)，只是需要有合適的材料。
北卡羅來(lái)納州立大學(xué)物理學(xué)家維維克•蘭詹（Vivek Ranjan）博士此前曾發(fā)現(xiàn)，電容器采用聚合物聚偏二氟乙烯，或PVDF，結(jié)合另一種聚合物，就是所謂的三氟氯乙烯（CTFE ：Chlorotrifluor Ethylene），存儲(chǔ)能量會(huì)比目前使用的提高7倍以上。
“我們知道，這種材料可制成一種高效電容器，但需要了解存儲(chǔ)性能背后的機(jī)制，”蘭詹說(shuō)。
這項(xiàng)研究發(fā)表在2012年2月23日的《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志上，題為《電場(chǎng)誘導(dǎo)相變聚合物：新機(jī)制高速儲(chǔ)能》（Electric Field Induced Phase Transitions in Polymers: A Novel Mechanism for High Speed Energy Storage）。文中，蘭詹和同事，就是北卡羅來(lái)納州立大學(xué)物理學(xué)家杰吉•波恩霍爾克（Jerzy Bernholc）博士，以及北德州大學(xué)（University of North Texas）馬爾科•布交諾-納德利（Marco Buongiorno-Nardelli）博士，做了計(jì)算機(jī)模擬，觀察聚合物的原子結(jié)構(gòu)如何改變，這需要施加電場(chǎng)。施加電場(chǎng)，會(huì)使聚合物內(nèi)的原子極化，這就使電容器快速存儲(chǔ)和釋放能量。他們發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)施加到聚偏二氟乙烯混合物上時(shí)，原子會(huì)出現(xiàn)同步舞蹈，同時(shí)從非極化轉(zhuǎn)變?yōu)闃O化狀態(tài)，這需要非常小的電荷就可做到。
“通常而言，材料從非極性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性狀態(tài)，是一個(gè)連鎖反應(yīng)，就是從一個(gè)地方開(kāi)始，然后向外擴(kuò)散。”蘭詹說(shuō)，“對(duì)于創(chuàng)造高效的電容器而言，這種類型的變化效果并不好，因?yàn)樗枰罅康哪芰?，使原子切換相變，這樣，獲得的能量就不會(huì)比投入系統(tǒng)的能量多很多。
“采用PVDF混合物，原子會(huì)同時(shí)改變它們的狀態(tài)，這意味著，你可以從系統(tǒng)中獲得大量的能量，只需要非常低的成本，就是投入系統(tǒng)的成本。希望這些研究結(jié)果有助于我們開(kāi)發(fā)一些電容器，使電動(dòng)汽車的加速性能可媲美汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。”
