超级电容器研究进展论文

【嵌牛导读】 ：现在已经步入智能机的时代，相比以前的手机，现在的智能机屏幕大、功能多，但是电量始终是个大问题，电池续航能力不行、寿命短，怎么办呢？黑科技新型超级电容器，让手机瞬间满电。 【嵌牛鼻子】 ：超级电容器、手机、快速充电 【嵌牛提问】 ：超级电容器性能如何？能如何运用？ 【嵌牛正文】 ：         美国范德比尔特的研究人员表示，他们已经首次成功打造出具有超级电容器这项技术的功能健全的原型机。其中一名研究人员卡里-宾特说：“据我们所知，这些装置首次证明了我们可以制造一种能在储存和释放大量电流的同时，又能经受住振动或冲击等现实存在的静载荷和动力考验的材料。”宾特和安德鲁-威斯多弗研制的这种新装置是一种超级电容器，它储存电流的方式是通过让带电离子聚集到多孔材料表面，而非像现在的电池一样通过化学反应储存这些离子。因此这些超级电容器能在几分钟内储满电，并不需要几小时，而且它能循环使用数百万次，并不像现在的电池一样只能使用数千次。         宾特说：“当你能把能量与建设系统的成分结合在一起时，它就打开了科技可能性的全新世界的大门。突然间，以健康、娱乐、 旅行 和社交为基础设计的科技产品的能力，将不再受到插座和外部电源的限制。”超级电容器只储存比当前电池少10倍的电量，但是它们的续航时间却比后者长一千倍，这意味着可以把它们建在墙体和汽车底盘里。他说：“当你把电能储存在需要结构整体性的重型材料里时，电池的性能指标会发生变化。超级电容器储存的电能比当前使用的锂离子电池少10倍，但是它们的续航时间却比后者长一千倍，也就是说它们更适合于结构应用。如果它们很快就会失去作用，每隔几年就需要更换一次，把它们当做建设住宅、汽车底盘或者飞行器的材料就没有什么意义了。”         宾特和威斯多弗发表在在线杂志《纳米快报(NanoLetters)》上的一篇论文中称，他们的新结构的超级电容器在压强高达44磅/平方英尺(约合6千帕)和振动加速度超过80g(比喷气发动机涡轮叶片承受的压力和振动明显更大)的环境下，在储藏电荷和释放电荷方面的操作堪称完美。此外，该装置的机械强度并不会影响它的电能储存能力。宾特说：“我们的超级电容器在未被拆封、结构完整的情况下，能储存更多电能，而且与已拆封的、现货供应的商用超级电容器相比，它能在更高的电压下正常运行，并且在强烈的动态和静态压力下也不例外。”         目前OPPO的VOOC闪充是大家所熟知的手机快速充电的技术，VOOC闪充创新性改变电路拓扑结构，降低温度，同时首次打造从适配器到接口再到手机的全端式五重防护技术，将最快充电速度提升四倍以上。其本质上并没有在传统充电方式上做出改变，而超级电容器是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量的。         超级电容器利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电 ，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容器的充放电过程始终是物理过程。        由于其充电技术不同，超级电容器具备了以下特点： 1、充电速度快，充电 10 秒 ~10 分钟可达到其额定容量的 95 %以上； 2、循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达 1~50 万次； 3、能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率 ≥ 90% ； 4、功率密度高，可达 300W/KG~5000W/KG ，相当于电池的 5~10 倍； 5、产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源； 6、安全系数高，长期使用免维护； 7、超低温特性好，可工作于零下 30 ℃ 的环境中； 这些特点可以说特别适合目前的智能手机，充电速度、使用时间、体积、安全性和低温时的工作状态，几乎能够弥补现在智能机电池的所有缺陷。期待其大规模生产并运用的那一天的到来，那时智能手机会迈出的一大步。