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掺硼金刚石为超级电容器提供动力

作者: 发布时间:2019-12-06 浏览次数:698
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  我们对电池供电设备和电器的使用一直增长,从而带来了对安全,高效和高性能电源的需求。为此,***近已经开始考虑一种被称为超级电容器的电能存储设备,以替代大家广泛使用的传统的能量存储设备,例如锂离子电池。超级电容器的充电和放电速度比传统电池快得多,而且持续时间更长。这使其适用于多种应用,例如汽车的再生制动,可穿戴电子设备等。

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  然而,尽管超级电容器很具有潜力,但目前它们仍具有某些缺点,阻碍了它们的广泛使用。一个主要问题是它们的能量密度低——也就是说,它们在空间的每单位面积中存储的能量不足。科学家首先尝试通过在超级电容器内部使用有机溶剂作为电解质(导电介质)来提高产生的电压来解决此问题(请注意,电压的平方与能量存储设备中的能量密度成正比)。但是有机溶剂价格昂贵并且电导率低。因此,科学家认为,水性电解液会更好。开发对水性电解质有效的超级电容器组件成为该领域的主要研究课题。

  日本东京理科大学的近藤博士及其研究小组和日本大赛璐公司探索了在超级电容器中使用一种新型材料——掺硼金刚石作为电极的可能性。电极是电池或电容器中的导电材料,它们将电解质与外部导线相连,以将电流传输出系统。该研究小组对电极材料的选择基于以下知识:掺硼金刚石具有较宽的电位窗,该特性可使高能量存储设备保持稳定。近藤博士说:“我们认为,如果将导电金刚石用作电极材料,可以实现产生大电压的水基超级电容器。”

  科学家使用一种称为微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)的生产技术来制造这些电极,并通过测试来检测其性能。他们发现,在带有含水硫酸电解质的基本双电极系统中,这些电极产生的电压要比传统电池高得多,从而为超级电容器带来了更高的能量和功率密度。此外,他们看到,即使经过10,000次充电和放电循环,电极仍保持非常稳定。

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  有了这项成功之后,科学家们冒险探索如果将电解质改为饱和的高氯酸钠溶液,这种电极材料是否会显示出相同的结果,众所周知,与传统硫酸电解质相比,该溶液能够产生更高的电压。因此,正如近藤博士所说,“掺硼金刚石电极可用于水性超级电容器,超级电容器可作为适合高速充电和放电的高能量存储设备。”

  不久的将来,金刚石将成为推动我们电子和物质生活的重要力量。

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