[圖]科學家研發新型超級電容器設計 可讓充電速度提升5倍

來自昆士蘭科技大學的研究團隊近日整合了兩種混合超級電容器設計,從而實現即時充電放電,相對於 NiMH 電池大幅改善了能量存儲性能。在 12 月《先進材料》上發表的新研究中,QUT 團隊描述了一種使用電容器式碳化鈦負極和電池式石墨烯混合式正極的設計。

[圖]科學家研發新型超級電容器設計 可讓充電速度提升5倍

[圖]科學家研發新型超級電容器設計 可讓充電速度提升5倍

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[圖]科學家研發新型超級電容器設計 可讓充電速度提升5倍

[圖]科學家研發新型超級電容器設計 可讓充電速度提升5倍

在本文開始之前,首先理清下電池的兩個關鍵參數:

● 能量密度(Wh/Kg)

指的是電池每千克重量下可以存儲的能量重量

● 功率密度(W/Kg)

指的是設備在充電和放電的時候可以多快地移動能量

鋰電池以化學形式存儲能量,由於其能量密度較高而被廣泛使用,但是擁有智能手機或電動汽車的人都知道,鋰電池的充電速度相當緩慢。而另一方面,超級電容器以靜態方式而不是以化學形式存儲能量,這意味着它們可以更快,更快速地充電和放電,而不會降低其內部結構。

因此,它們具有非常高的功率密度,但這被其能量密度遠低於化學電池的事實所抵消。因此,科學家一直在尋找介於這兩者之間的設備,混合超級電容器兼具兩者優勢,在保持充電速度的情況下比常規超級電容器存儲更多的能量。

研究小組設計了一種混合電容器,其功率密度(因此充電能力)「約為鋰電池的10倍」,而能量密度「接近於鎳氫金屬電池」。經過測試,該電容器的能量密度為 73 Wh/kg,是當代最先進的 EV 電池提供的能量的 28%,但功率密度可以達到 1600 W/Kg,de而作為對比,鋰電池的功率密度約為 250 W/kg-340 W/kg。

如果拿特斯拉的 Model S Plaid+ 做比較,就是續航里程從 520 英里(837 公里)縮減到 145 英里(233 公里),但如果基礎設施允許的情況下,充電功率能夠快至少 5 倍。

功率密度雙向起作用,這意味着電池組不會阻礙真正可怕的功率輸出。在當今的Plad + Tesla擁有驚人的1100匹以上的馬力的情況下,基於混合動力超級電容的等效產品將具有能夠為電動機提供五倍功率的電池組。

QUT團隊高興地注意到,這些混合超級電容器的使用壽命也比鋰離子電池在測試台上的壽命長一倍,在 10,000 次完整的充電/放電循環後仍可保持其初始存儲容量的 90%。

來源:cnBeta