北卡羅來納州立大學(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存和釋放大量的能量。他們的發(fā)現(xiàn)可能帶來更強大、更高效的電動汽車。
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存和釋放大量的能量。他們的發(fā)現(xiàn)會帶來更強大，更高效的電動汽車。來源：北卡羅來納州立大學(xué)
電容器就像電池，它們也是存儲和釋放能量。然而，電容器是使用分離的電荷，而不是化學(xué)反應(yīng)，來儲存能量。帶電粒子可以使能量快速儲存和釋放。想象一下，電動汽車從靜止加速到每小時60英里，加速度等同于汽油發(fā)動機跑車。沒有電池可以達(dá)到那種類型的加速度，因為它們釋放能量過于緩慢。然而，電容器就可以做到這一點，只是需要有合適的材料。
北卡羅來納州立大學(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），存儲能量會比目前使用的提高7倍以上。
“我們知道，這種材料可制成一種高效電容器，但需要了解存儲性能背后的機制，”蘭詹說。
這項研究發(fā)表在2012年2月23日的《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上，題為《電場誘導(dǎo)相變聚合物：新機制高速儲能》（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，做了計算機模擬，觀察聚合物的原子結(jié)構(gòu)如何改變，這需要施加電場。施加電場，會使聚合物內(nèi)的原子極化，這就使電容器快速存儲和釋放能量。他們發(fā)現(xiàn)，電場施加到聚偏二氟乙烯混合物上時，原子會出現(xiàn)同步舞蹈，同時從非極化轉(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)，是一個連鎖反應(yīng)，就是從一個地方開始，然后向外擴散。”蘭詹說，“對于創(chuàng)造高效的電容器而言，這種類型的變化效果并不好，因為它需要大量的能量，使原子切換相變，這樣，獲得的能量就不會比投入系統(tǒng)的能量多很多。
“采用PVDF混合物，原子會同時改變它們的狀態(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)果有助于我們開發(fā)一些電容器，使電動汽車的加速性能可媲美汽油發(fā)動機。”
