新型水系混合電容器：半分鐘之內充好電！

導讀

近日，韓國科學技術院的一個科研團隊開發出一種新型混合能量存儲裝置，它能在不到半分鐘的時間內充好電。這種能量存儲裝置採用了環境友好且安全的水系電解液，取代了易燃的有機溶劑。同時，它也促進了高能量密度的升壓充電，從而適用於攜帶型電子裝置。

背景

對於電子產品、電動汽車、物聯網終端等一系列產品來說，能量存儲裝置起到了非常關鍵的作用。這些能量存儲裝置中最常見的就是電池。然而，電池採用的電解液是易燃的液體，在高溫條件下，容易引起燃燒。此外，電池也需要反覆充電，且充電時間一般來說都較長，這樣不僅影響用戶體驗，也限制了它的應用。

針對上述問題，科學家們一直都在努力探索，筆者之前也介紹了許多相關的創新技術，例如固態電池、快速充電、自供電等等。

創新

近日，韓國科學技術院（KAIST）的一個科研團隊開發出一種新型混合能量存儲裝置，它能在不到半分鐘的時間內充好電。這種能量存儲裝置採用了環境友好且安全的水系電解液，取代了易燃的有機溶劑。同時，它也促進了高能量密度的升壓充電，從而適用於攜帶型電子裝置。

（圖片來源：KAIST）

Jeung Ku Kang 教授與來自「能源、環境、水和持續性」研究生院的團隊開發了這種混合能源存儲裝置，它含有纖維般的聚合物鏈陽極和納米級金屬氧化物陰極，在很長的生命周期內，具有較高的能量和功率密度。

這項研究由博士研究生 Il Woo Ock 領導，論文發表於1月15日的《先進能源材料（ Advanced Energy Materials）》。

技術

由於激勵電壓低和缺少陽極材料，基於水系電解液的傳統能量存儲裝置在升壓充電和高能量密度方面受到了制約。

能量存儲裝置的容量由兩個電極決定，在陰極和陽極之間的平衡帶來了高穩定性。總體來說，兩個電極在電氣特性以及離子存儲機制過程方面有所不同，這種不平衡帶來了較差的存儲容量和穩定性。

研究團隊設計出一種新型結構和材料，促進了在電極表面上的高速能量交換，並兩個電極之間的能量損耗降到最低。

（圖片來源：KAIST）

團隊通過石墨烯基的聚合物鏈材料製成陽極。石墨烯的網狀結構帶來了更大的表面積，從而使得容量更高。

對於陰極材料而言，團隊採用亞納米級的金屬氧化物，從而提升原子離子的氧化還原反應。這種方法實現了更高的能量密度，以及更快的能量交換，而且使得能量損耗最小化。

（圖片來源：KAIST）

這種先進的裝置使用低功耗充電系統，例如USB開關充電器或者柔性光伏電池，可以在20到30秒時間內充滿電。

（圖片來源：KAIST）

相比於傳統的水系電池，這種先進的水系混合能量裝置的能量密度要高百倍，並可以實現快速充電。更進一步說，在高的充放電電流下，該裝置容量的容量保持在100%，且具有很高的穩定性。

價值

Kang 教授表示：「這種環境友好的技術製造起來很簡單，而且高度實用。特別是，相比於現有技術，它的高容量和高穩定性，將有利於水系電容的商業化。這個裝置可以使用低功耗的充電系統快速充電，從而可應用於攜帶型電子裝置。」

關鍵字

能源、電容、電子產品

參考資料

【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=77361&upr_ntt_no=77361&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601

【2】Il Woo Ock, Jae Won Choi, Hyung Mo Jeong, Jeung Ku Kang. Synthesis
of Pseudocapacitive Polymer Chain Anode and Subnanoscale Metal Oxide
Cathode for Aqueous Hybrid Capacitors Enabling High Energy and Power
Densities along with Long Cycle Life. Advanced Energy Materials, 2018; 1702895 DOI: 10.1002/aenm.201702895

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