新型超级电容器让手机几分钟内充满电-版主移帖

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 00:06:25
据国外媒体报道,由于一种激进的新电池技术,能在几分钟内充满电的手机很快就会变成现实。名叫超级电容器的这种以晶片的形式出现的材料,能把手机套、汽车底盘,甚至是墙壁变成快速充电电池。

这个微小晶片意味着你能在很短时间里为你的所有电子产品充电:超导材料能在大约几秒内充满电,而且比传统电池的体积更小。

结构超级电容器的侧面露出蓝色的聚合体电解液,它把硅电极粘合在一起。这种超级电容器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。

安德鲁-威斯多弗(左)、约翰-迪恩和卡里-宾特正在欣赏他们的超级电容器。该科研组表示,他们已经首次成功打造出这项技术的功能健全的原型机。

工程师把一个沉重的笔记本电脑悬挂在超级电容器上,用来演示它的强度到底有多好。

  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或者是充电,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。宾特说:“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。”

  宾特和威斯多弗在5月19日发表在在线杂志《纳米快报(Nano Letters)》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80 g(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。”据国外媒体报道,由于一种激进的新电池技术,能在几分钟内充满电的手机很快就会变成现实。名叫超级电容器的这种以晶片的形式出现的材料,能把手机套、汽车底盘,甚至是墙壁变成快速充电电池。

这个微小晶片意味着你能在很短时间里为你的所有电子产品充电:超导材料能在大约几秒内充满电,而且比传统电池的体积更小。

结构超级电容器的侧面露出蓝色的聚合体电解液,它把硅电极粘合在一起。这种超级电容器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。

安德鲁-威斯多弗(左)、约翰-迪恩和卡里-宾特正在欣赏他们的超级电容器。该科研组表示,他们已经首次成功打造出这项技术的功能健全的原型机。

工程师把一个沉重的笔记本电脑悬挂在超级电容器上,用来演示它的强度到底有多好。

  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或者是充电,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。宾特说:“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。”

  宾特和威斯多弗在5月19日发表在在线杂志《纳米快报(Nano Letters)》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80 g(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。”
超级电容器,听起来好耳熟,主要问题是容量?
全市人一起用,几分钟会不会过载?
现在手机充电,5V1A花两个小时,要是把时间缩短上千倍,那电流和电压是不是要相应提高?
电网估计得暴掉
中国石墨烯年产超300吨 可造军用超级电容

未来石墨烯发展的重要方向有两个:一是通过大规模、高质量、低成本的石墨烯制备技术,推动石墨烯在能源、信息领域的突破性应用;二是开发精密级的二维晶体材料,在微电子、光电子领域实现突破性应用。备受市场瞩目的“神奇材料”石墨烯,在产业化方面迈出了新的步伐。近日,宁波墨西科技有限公司(以下简称“墨西科技”)在全球规模最大、年产300吨的石墨烯生产线投产半年后,举行首次新品发布会。

墨西科技生产的石墨烯动力锂电池

在此次发布会上,相关下游企业还报告了石墨烯在超级电容器、改性塑料、高能量锂电池和动力锂电池等领域的最新产业化应用成果。这也意味着我国石墨烯应用进一步升级。

不过,相关专家在接受《中国科学报》记者采访时表示,虽然企业对石墨烯热情很高,但要想真正用好石墨烯,还需要针对石墨烯的特点,在应用技术方面作进一步的努力。同时,随着石墨烯产业化进程的加快,亟须国家出台界定和检测石墨烯的相关标准,从而为石墨烯的应用创造更好的环境。

生产技术和规模领先

2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫最早发现并揭示了石墨烯的独特性质。仅仅6年之后,两人就因此荣获诺贝尔物理学奖,石墨烯也从此进入大众的视野。

2013年1月,欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一,十年内提供10亿欧元资助,将石墨烯研究提升至战略高度。而IBM、苹果、三星等巨头也分别成立了石墨烯专题研究组,将其作为未来产品柔性化、智能化的核心研发材料。

石墨烯的广阔发展前景也吸引了我国相关科研院所和企业的注意。

2012~2013年,上海南江集团先后与中科院宁波材料所、中科院重庆绿色智能技术研究院签署合作协议,各投资5亿元,分别开展石墨烯规模化制备技术和单层石墨烯产业化制备技术的合作。此次发布石墨烯新产品的墨西科技,即是上海南江集团与中科院宁波材料所共同发起成立的公司。

据悉,此次发布会主推的产品为平均厚度3纳米的多层石墨烯材料。据中科院宁波材料所研究员、墨西科技首席科学家刘兆平介绍,该产品是针对用户使用方便及性价比的要求研发的,可广泛应用于锂电池、超级电容器、高分子复合材料、导热散热膜、功能涂料、国防军工等领域。

据《中国科学报》记者了解,这类石墨烯产品的价格已经达到1000元/千克。刘兆平表示,这一定价充分考虑了石墨烯处于产业化初期的情况。“主要是为了让下游的用户有信心。当他们体会到石墨烯的价值,并开始研发新产品的时候,价格不会是一个瓶颈。”刘兆平说。

在石墨烯的制备方面,刘兆平表示,墨西科技已经较好地解决了生产工艺的细节问题,可以基于目前的生产工艺进行复制和扩充。同时,墨西科技的生产线不仅规模全球领先,而且还具有一系列技术优势。

墨西科技董事长特别代表茆玉宝告诉《中国科学报》记者,墨西科技计划在2015年春节前后建成二期生产线,届时产能将翻番,未来还将把产能扩充至1000吨/年以上,进一步扩大我国在石墨烯制备技术和规模方面的领先优势。

应用开发见成效

作为一种新兴材料,应用显然是石墨烯发展的关键问题。为推动石墨烯的应用开发,宁波市相关部门于2013年出台了“石墨烯产业化应用开发”重大科技专项,3年共安排9000万元财政资金,扶持和支撑石墨烯应用技术和产品研发。

《中国科学报》记者了解到,首批石墨烯应用开发项目已经取得了阶段性成果,并成功开发出了一批石墨烯应用产品,为中国石墨烯的应用作出了重要的探索。

比如在超级电容器领域,宁波南车新能源科技有限公司副总经理阮殿波向记者表示,石墨烯具有巨大的比表面积和非常完整的晶体结构,如果做成超级电容器的电极,具有极强的稳定性。因此,是制作超级电容器的重要材料。

据了解,该公司经过近两年努力,将耐高压活性炭材料与石墨烯复合,实现了石墨烯包裹活性炭的结构,增强了复合材料的导电性,降低了后期导电剂的用量。预计今年底或明年初,使用石墨烯的超级电容器将问世,电容量、质量比功率等指标也将达到世界领先水平。

在动力锂电池正极材料领域,宁波艾能锂电池材料科技股份有限公司总经理肖锋告诉记者,通过添加石墨烯,能极大提高材料导电率,从而可以减少电池制作时导电剂的添加量,有助于提高电池容量。

在此次新品发布会上,宁波市还发布了《石墨烯技术创新和产业发展中长期规划(2014~2023)》。科技部高新司副司长胡世辉在发布会上指出,未来石墨烯发展的重要方向有两个:一是通过大规模、高质量、低成本的石墨烯制备技术,推动石墨烯在能源、信息领域的突破性应用;二是开发精密级的二维晶体材料,在微电子、光电子领域实现突破性应用。目前科技部正在进行“十三五”规划的战略研究,而宁波市发布的这一规划,将是很好的参考。

如何用好还需努力

虽然我国在石墨烯材料制备和应用探索方面已经取得了一定的成果,但要想真正实现规模化应用,仍有一系列的问题待解决。

墨西科技研发中心主任周旭峰告诉《中国科学报》记者,有些应用企业对石墨烯的理解不够深入,简单化地把石墨烯当成了“点石成金”的材料。事实上,用户在应用石墨烯的同时,往往还需要改变自己的生产工艺。

针对用户的这一难题,中科院宁波材料所石墨烯研发团队和墨西科技的做法是,一方面对行业中的通用性问题做基础性的研发。记者在发布会上也了解到,墨西科技为引导用户充分利用石墨烯的优异性能,为下游用户提供了一系列专用型石墨烯产品。

另一方面是成立应用技术服务中心,帮助用户解决应用中的难题。具体做法是:用户提出需求,应用技术服务中心提出解决方案,双方进行对接,必要时,该中心会直接派技术人员进行现场指导。用户那边发现什么问题,可以及时返回到该中心来。用户和该中心就通过这种来回往复的方式,将石墨烯的应用不断向前推进。

此外,随着石墨烯产业化进程的加快,对于下游的用户企业而言,如何界定和检测石墨烯,也是他们不得不面对的一个问题。

“材料制备得好,不代表能应用得好。”全国纳米标委会纳米材料分技术委员会秘书长戴石锋对《中国科学报》记者说。因此,如何对石墨烯产品进行界定和检测,还需要建立相应的标准。

“我们希望先从最基础的物性表征来界定石墨烯材料,从而有利于下游用户在采购时进行判断和评价。这样既能起到引导市场的作用,也能更好地推进石墨烯这一新材料的应用。” 戴石锋说。

Paper Battery:超级电容电池技术有望让智能机更薄更持久


在未来,智能手机和平板电脑有望获得更薄更持久的电池。当然,锂电可能做不到这点,不过“超级电容电池技术”却有这个可能。Paper Battery已经从Caerus Ventures获得了300万美元的资金,用于这项专利技术的进一步研发。据VentureBeat报道,超级电容通过电场来储存能量,并且可以比传统锂电小很多。

超级电容(ultracapacitors)可以带来更大力的“能量爆发”,但与普通电池相比,其每次充电所储存的能量要小很多。

不过,Paper Battery有一种特别薄的超级电容,它可以用作独立的电池,或者包覆在锂离子电池的周围,以改善电池寿命。

PowerPatch电池显然是该公司唯一一款在售产品,其厚度仅为0.4mm。

该公司表示,超级电容技术更加环保,因为该电池“有着比活性炭、碳纳米管或石墨烯更高的表面积”,而“纸或其它多孔聚合物分隔物”则能够容纳电解质,并将之与电极分开来。

最后,Paper Battery还透露,一家神秘的“消费类电子产品巨头”,可能会在未来使用到该技术。在过去的8个月时间里,它们已经“与一家最大的消费电子OEM厂商签署了一份测试和评估合同”。
超级电容,看样子材料学终于有突破了一层。
但是充电器也许比手机还贵点。