超级电容器又叫黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能,属于双层电容的一种.是一种介于电容器和电池之间的新型储能器件,兼备快速充放电与储能的特点,但其储能过程中并不发生化学反应,在这点上与电池有着本质区别。
微型超级电容器在小型机械设备上得到广泛应用,例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上,并且在该两大领域的未来市场上,超级电容器是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。
国外对超级电容器的研究和开发起步较早 ,占据了国内60%-70%的市场,2015 年全球超级电容器市场规模达到 173 亿美元,据Navigant 预计到 2023 年超级电容器市场将增长约 20 倍,2016年我国超级电容器电池市场总销售额大约28亿元,到2020年有望达到63亿元,年均增长率为17%,超级电容器市场的潜力巨大。
在我们生活中
你见到的超级电容器可能是这样的
这样的
或者是这样的......
但是!
你见过这样的吗?
还有这样的!
简直要逆天了~
以后我们出门还带什么充电宝啊?充电器直接往手环上一插,或者往衣服上一插,感觉自己萌萌哒~
还有更有意思的,以后我们去杰伦小公举的
演唱会,还买什么荧光棒啊。简直弱爆了!直接穿上我们的超级电容器衣服,bingbing闪着光,现场可能就是这样的了!
别人家是黑科技产品,我们是黑科技粉儿,杰伦都要感动哭了~
或者,把我们的衣服改装一下,可能就是这样的了!
嗖~想飞哪就飞哪,然后交警也改空中作业了!
小编只想说你,想太多!
目前,制作这种超级电容器的技术瓶颈是,大多数超级电容器具有高功率密度但低能量密度,意味着它们可以快速充电和大大提升电力,但不会持续很长时间。小编为大家整理了6个超级电容器研究进度,先跟小编去看看吧!
1
超高比容超级电容器新材料
河南中原工学院先进材料研究中心教授米立伟带领储能研究团队,率先利用温和剥离法制备出了超薄氢氧化镍纳米片组装的微米花超级电容器电极材料。氢氧化镍具有较高的理论比容量,并且廉价、环境友好,是超级电容器最佳的电极材料之一。
研究人员通过温和剥离法制备的超薄氢氧化镍纳米片微米花电极材料,有效提高了电极材料与电解液的接触面积,并缩短了电子的传输路径,弥补了其导电性差的缺点,使该材料展现出高利用率。测试显示,剥离后的超薄氢氧化镍纳米片微米花电极材料的比容量高达每克2225.1法,并且具有卓越的循环稳定性,与市用的二氧化锰相比较,具有很大的应用前景。
2
柔性超级电容器
伦敦布鲁内尔大学的研究人员利用3D打印技术做成了一种柔性超级电容器。这种柔性电容器的突出特点在于采用3D打印,材料便宜,并且形态上很方便携带,在充电之外还可以作为一个漂亮的手环装饰。这种超级电容器能够在表面储存相对少量的能量,它们能够快速、清洁地进行充电,而不需要内部的化学反应。
3
纸质柔性超级电容器
美国和韩国的研究人员开发了一种纸质柔性超级电容器,该超级电容器具备高能量和高功率密度的极佳性能。他们的自组装技术改进了纸张超级电容,据测试,该金属纸张超级电容器的最大功率和能量密度分别为15.1 mW / cm2和267.3 uW / cm2,基本超过传统纸张或纺织超级电容。
接下来,研究团队将测试柔性织物上的技术,以及开发可与超级电容器配合使用的柔性电池。关于该技术的应用前景,佐治亚理工学院机械工程学院助理教授Seung Woo Lee表示:“这种灵活的储能装置为可穿戴设备和物联网设备之间提供独特的连接方式,未来它将会应用于生物医学传感器、 消费电子 和军事电子产品等,将柔性电容与电子设备相结合,它可以推动最先进的便携式电子产品的发展。”
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高电压输出的石墨烯基线形串联超级电容器
中国科学院大连化物所二维材料与能源器件研究团队吴忠帅研究员和包信和院士合作在新概念、平面化、自集成的石墨烯基超级电容器研究方面取得新进展,率先提出采用喷涂方法高效制备出具有高电压输出的石墨烯基线形串联超级电容器。
该研究团队首先使用电化学剥离石墨烯和导电聚合物PH1000(聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸)的混合分散液作为高导电墨水,在掩模板的辅助下,采用喷涂的方法在A4纸上制备出由十个线形器件自串联集成的平面超级电容器模块,所得器件具有良好的机械柔韧性,在水系电解液中可以稳定输出8V的高电压,且无需借助于金属连接体。为提高单个器件的比容量,使用高容量的聚苯胺功能化的石墨烯作为电极材料,同样制造出的线形串联超级电容器,具有高的赝电容且保持了良好的串联行为。为进一步提高单个器件的输出电压,选择二氧化锰纳米片和电化学剥离石墨烯两种二维材料,分别作为超级电容器的正负极,在一个基底上成功制造出了不对称的线形串联超级电容器,使得输出电压由单个不对称超级电容器的1.8V拓展到3个线形串联超级电容器的5.4V,进一步提高了器件的输出电压和能量密度。该项研究证明了石墨烯和其它二维材料在制造具有对称和不对称结构的线形串联超级电容器中具有广泛的适用性,同时为制造平面化、柔性化、集成化储能器件提供了一种新策略。
5
电极材料中试技术取得重大进展
美锦能源与山西煤化所在生物质基电容炭中试技术开发方面取得重大进展。以生物质为原料,突破低温交联、中温碳化、高温活化以及深度纯化等中试关键技术,制备了高品质的电容炭,性能指标高于日本同类产品,有望实现电容炭的进口替代。电容炭是超级电容器的关键材料,是活性炭领域的特殊高附加值品种。该产品目前尚未实现国产化,对外依赖度极高。
6
兼具力学柔韧性与高储能特性的柔性超级电容器
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室研究员陈韦课题组设计制备了一种MOF结构多孔碳材料,并基于该材料成功构筑了兼具力学柔韧性与高储能特性的柔性超级电容器。该团队首先在碳纳米管表面原位生长了MOF材料,接着使用高温退火处理得到了MOF结构多孔碳材料。
这种新材料具有高氮掺杂(17.82%)、高比表面积(920m2g-1)、窄孔分布(2.5nm)以及高导电性(278Sm-1)等特性。从结构设计上看,碳纳米管不仅提高了材料导电性,而且赋予了材料连续性与柔韧性;另一方面,MOF结构则起到吸附容纳离子的作用。研究表明,新材料在水体系下测得的比电容高达426Fg-1,并且历经1万次循环后性能不衰减。该团队利用聚合物互穿网络/离子液体电解质层进一步与电极组装成柔性薄膜超级电容器,实验证明,器件在遭受扭曲、拉伸以及折叠等变形之后,性能保持良好并且运行稳定,在可穿戴设备领域具有重要的应用价值。