设备中的钻石:为下一代储能提供动力

2020-02-06 16:08:46

超级电容器已经开始取代传统的电池,例如锂离子电池,目前所能存储的能量比理想情况少得多。为了解决这个问题,来自日本的一组科学家提议使用导电纳米金刚石作为电极材料。

所得的高性能储能设备适用于需要快速充电和放电以长时间持续多次的应用。再一次,钻石闪耀在同龄人之上。

我们对电池供电的设备和电器的使用稳步增长,因此需要安全,高效和高性能的电源。为此,最近已经开始考虑一种被称为超级电容器的电能存储装置,以替代常规的广泛使用的能量存储装置,例如锂离子电池,是一种可行的,有时甚至更好的选择。

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,例如车辆中的再生制动,可穿戴电子设备等。

“如果能够制造出一种使用不易燃,无毒且安全的水性电解质的高性能超级电容器,它就可以被整合到可穿戴设备和其他设备中,从而推动了物联网的蓬勃发展。” ,是该领域近期突破性研究的首席科学家。

然而,尽管具有超级电容器的潜力,但目前它们仍具有某些妨碍其广泛使用的缺点。一个主要问题是它们的能量密度低。也就是说,它们在其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使用有机溶剂作为电解质(介质内部的导电超级电容器)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,水性电解质可能会更好。

因此,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。

在上述发表在《科学报告》上的最新研究中,近藤博士和日本东京科学大学和日本Daicel公司的研究小组探讨了使用新型材料硼掺杂纳米金刚石作为超级电容器电极中的电极的可能性。电池或电容器中的导电材料,将电解质与外部导线连接,以将电流传输到系统之外。

该研究小组对电极材料的选择是基于这样的认识,即掺硼金刚石具有很宽的电位窗口,该特性使高能量存储设备能够随时间保持稳定。Kondo博士说:“我们认为,如果使用导电金刚石作为电极材料,可以实现产生高电压的水基超级电容器。”

科学家使用了一种称为微波等离子体辅助化学气相沉积(MPCVD)的技术来制造这些电极,并通过测试其性能来检查其性能。他们发现,在带有含水硫酸电解质的基本两电极系统中,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。硼掺杂的纳米金刚石已证明其价值。

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。 。实际上,在这种设置下,已经产生的高电压已大大扩展。

因此,正如Kondo博士所说,“掺硼纳米金刚石电极可用于水性超级电容器,超级电容器可作为适用于高速充电和放电的高能量存储设备。”

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