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| 楼主 网友 2019/4/16 9:29:01 |
| 根据已开发出这种装置的莱斯大学研究人员的说法，粘土是一种丰富而廉价的天然材料，是超级电容器中可以在非常高的温度下工作的关键成分。 赖斯材料科学家Pulickel Ajayan今天在Nature的在线期刊“ 科学报告”中报道说，超级电容器在高达200摄氏度(392华氏度)的温度下可靠且可能超出。它可用于为极端环境中使用的设备供电，例如石油钻探，军事和太空。 “我们的目的是完全摆脱传统的液体或凝胶型电解质，这些电解质仅限于电化学装置的低温操作，”主要作者，Rice的前研究科学家Arava Leela Mohana Reddy说。 “我们发现，粘土基膜电解质是一项改变游戏规则的突破，它克服了电化学能源设备高温运行的关键限制之一，”Reddy说。“通过在很宽的温度范围内安全运行而不影响高能量，功率和循环寿命，我们相信我们可以大幅提升甚至消除对昂贵的热管理系统的需求。” 超级电容器结合了电容器的最佳品质，可在几秒钟内充电并在爆发时释放能量，可充电电池可充电缓慢但随着时间的推移释放能量。理想的超级电容器可以快速充电，储存能量并根据需要释放。 “研究人员多年来一直在尝试制造能够在高温环境下可靠工作的电池和超级电容器等储能设备，但考虑到用于制造这些设备的传统材料，这一直存在挑战，”Ajayan说。 特别是，研究人员一直在努力寻找能够在电池电极之间传导离子的电解质，这种电解质在加热时不会分解。另一个问题是找到一种不会在高温下收缩并导致短路的隔膜。(隔板使传统电池的阳极和阴极侧的电解质保持分开，同时允许离子通过)。 “我们的创新是确定一种在高温下保持稳定的非常规电解质/分离器系统，”Ajayan说。 由Reddy和Rachel Borges领导的赖斯研究人员立即解决了这两个问题。首先，他们研究了欧洲和澳大利亚研究人员在2009年开发的室温离子液体(RTIL)。RTIL在室温下显示出低导电性，但在加热时变得更不粘稠并且更具导电性。 Reddy说，粘土具有高热稳定性，高吸附能力，大活性表面积和高渗透性，并且通常用于石油钻井，现代建筑，医疗应用中的泥浆以及作为钢铁铸造厂的粘合剂。 在将等量的RTIL和天然存在的膨润土粘土混合成复合浆料后，研究人员将其夹在还原的氧化石墨烯层和两个集电器之间，形成超级电容器。该装置的测试和随后的电子显微镜图像显示在将其加热至200摄氏度之后材料没有变化。事实上，雷迪说，材料在高达300摄氏度的变化很小。 “离子电导率几乎呈线性增加，直到材料达到180度，然后在200处饱和，”他说。 尽管在初始充电/放电循环中观察到容量略有下降，但超级电容器在10,000个测试循环中是稳定的。研究人员发现，随着工作温度从室温升至200摄氏度，能量和功率密度都提高了两个数量级。 该团队更进一步，将RTIL /粘土与少量热塑性聚氨酯结合在一起，形成可切割成各种形状和尺寸的膜片，从而为设备提供了设计灵活性。 该论文的共同作者是研究生Marco-Tulio Rodrigues和Hemtej Gullapalli以及所有Rice的前博士后研究员Kaushik Balakrishnan; 和Glaura Silva，巴西贝洛哈里桑塔米纳斯吉拉斯联邦大学副教授。Ajayan是Rice的机械工程和材料科学与化学的Benjamin M.和Mary Greenwood Anderson教授。博尔赫斯是米纳斯吉拉斯联邦大学的访问学生。雷迪现在是底特律韦恩州立大学的助理教授。 |
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