這種固態(tài)超電容器用棉紙浸泡碳納米管制成，很薄，柔韌性很強(qiáng)，很容易放進(jìn)狹小的空間，幾乎可以在汽車上隨處安裝，甚至可以貼在車體內(nèi)表面上。
科學(xué)家們知道，使用超級(jí)電容器與電池結(jié)合，可以大大提高混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV：hybrid electric vehicles）的燃油經(jīng)濟(jì)性，這是因?yàn)?，事?shí)上，超級(jí)電容器可以充電，供電比電池快得多。例如，這種性能使超級(jí)電容器可以在急剎車時(shí)恢復(fù)所有的能量，而電池只會(huì)在摩擦制動(dòng)中浪費(fèi)能量，因?yàn)樗鼰o法迅速獲取能量。
柔性固態(tài)超級(jí)電容器具有兩種類型，其中一種超級(jí)電容器可以彎曲90度以上。
“電池不能迅速獲取或供應(yīng)能量，”美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota）機(jī)械工程教授拉杰什•拉加曼尼（Rajesh Rajamani）說。“當(dāng)車輛迅速制動(dòng)時(shí)，必須使用摩擦制動(dòng)，以補(bǔ)充電磁制動(dòng)，因?yàn)殡姶胖苿?dòng)器不能給電池快速充電，車輛減速也不能像司機(jī)希望的那樣快。不同于電池，超級(jí)電容器可以非常迅速地獲取和供應(yīng)能量。”
然而，研究人員面對(duì)的最大挑戰(zhàn)是，要把超級(jí)電容器安裝在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上，就要在引擎蓋下找到適當(dāng)?shù)目臻g，放置這個(gè)笨重的設(shè)備。超級(jí)電容器很笨重，部分原因是，它們經(jīng)常使用危險(xiǎn)的液體電解質(zhì)，必須密封和安置，這些防護(hù)材料就增加了設(shè)備的重量和體積。
為了避免這個(gè)問題，拉加曼尼和他的同事，就是明尼蘇達(dá)州大學(xué)的胡山（Shan Hu）以及北德克薩斯州大學(xué)（University of North Texas）的余迅（Xun Yu）設(shè)計(jì)了一種超級(jí)電容器，它完全是固態(tài)，包含固態(tài)電解質(zhì)，不需要笨重的防護(hù)材料。這種新的超級(jí)電容器性能可媲美商用超級(jí)電容器，但是又足夠薄，也足夠柔韌，幾乎可以在混合動(dòng)力汽車上隨處安裝，甚至可以安裝在車體內(nèi)表面。研究人員發(fā)表了他們的研究，探討柔性固態(tài)超級(jí)電容器，就在3月7日的《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Letters）上，題為《柔性固態(tài)紙基碳納米管超級(jí)電容器》（Flexible solid-state paper based carbon nanotube supercapacitor）。
“今天市場(chǎng)上的混合動(dòng)力車沒有超級(jí)電容器，”拉加曼尼說。“幾個(gè)研究小組一直在研究使用超級(jí)電容器，與電池一起用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，以提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，以及更快的車輛響應(yīng)。我們的研究帶來了一種新的超級(jí)電容器，它是柔韌的，也是固態(tài)的，不需要在引擎蓋下或行李箱中找地方安裝。”
這種新的固態(tài)超級(jí)電容器包含單壁碳納米管涂層的棉紙，這是用作電極，而固體聚合物是用作電解質(zhì)。制作電極時(shí)，研究人員是使用棉紙，這種棉紙通常用于化妝品面膜，因?yàn)樗亓扛p，吸水性勝過打印紙。把棉紙切割成所需的形狀后，研究人員把這種棉紙反復(fù)浸入酸處理碳納米管溶液中，這些納米管會(huì)有力地鍵合到棉紙上。
制作電解質(zhì)時(shí)，研究人員混合一種聚合物溶液，進(jìn)行加熱，這種溶液最初看起來像一種透明的膠狀凝膠。把成品電極浸入這種凝膠，使電極面對(duì)面排列，讓一切都干燥，這樣，多余的水分會(huì)蒸發(fā)，電解質(zhì)就會(huì)凝固。
“我們的研究，最大意義是制成了一種柔性的固態(tài)超級(jí)電容器，”拉加曼尼說。“其他研究人員以前也使用碳納米管，用作超級(jí)電容器的電極。然而，他們的超級(jí)電容器也使用液體電解質(zhì)，因此，既不完全是固態(tài)的，也不是柔性的。”
在測(cè)試中，這些超級(jí)電容器充電可以超過3伏，這就有利于實(shí)現(xiàn)高能量密度，或使用給定的體積存儲(chǔ)更多的能量。這種超級(jí)電容器的其他規(guī)格，比電容是每克13.15法拉g，單位能量是每千克5.54瓦時(shí)，非常類似商用超級(jí)電容器的值。另外，它的柔韌性使它很容易彎曲，放進(jìn)狹小的空間，這使它很管用，可用于便攜式電子產(chǎn)品，以及混合動(dòng)力車。
這種新的超級(jí)電容器的最大缺點(diǎn)是高電阻，這會(huì)降低整體功率密度，因此，也會(huì)降低充電速度。研究人員認(rèn)為，這種高電阻源自紙質(zhì)碳納米管電極，這種電極的電阻高于金屬電極。然而，他們預(yù)測(cè)，給棉紙涂上更高密度的碳納米管溶液，可以降低電阻，他們計(jì)劃，在未來更多地研究這個(gè)問題。
