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MIT研發新型離子液體提高超級電容器性能 或讓超級電容器取代電池

作者:中國儲能網新聞中心 來源:蓋世汽車網 發布時間:2019-09-22 瀏覽:
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據外媒報道,超級電容器是一種能夠存儲和釋放能量的電子設備,擁有一層電解質 - 一種可以是固體、液體或介于固體與液體之間的導電材料。現在,美國麻省理工學院(MIT)與幾家機構合作,研發出一種新型液體,可能可以提高此類設備的效率和穩定性,同時降低易燃性。

研究人員表示,該研究可能代表了電化學儲能的一種新范式。幾十年前,研究人員已經發現一種新材料 - 離子液體(本質就是液體鹽),但是該團隊在此類離子液體中添加了一種化合物,該化合物與用來分散泄露的石油的表面活性劑類似。加入該化合物后,離子液體“具有了非常新奇的性質,變得非常粘稠。” 研究人員表示:“很難想象此種粘稠的液體可用于存儲能量,但是我們發現,一旦提高溫度,該液體就可以存儲更多的能量,比其他許多電解質存儲的能量都多。”

但是其實這也不是非常令人驚訝的,因為其他離子液體隨著溫度升高,粘度會降低,存儲能量的能力也會提高。但是目前的情況是,該離子液體雖然粘度仍比其他已知電解質的要高,但是其容量仍然隨著溫度的升高而迅速增加,最終其整體能量密度超過了許多傳統電解質的能量密度,而且穩定性和安全性也更高。

該液體高效的儲能能力源自于其內部的分子會自動排列,最終會在金屬電極表面形成分層結構。此類分子的一端有一條尾巴,排列之后頭部或朝向電極或遠離電極,而尾巴會聚集在中間,形成類似三明治的結構,稱為自組織納米結構。

此類高度有序的結構可以防止“過渡過濾”現象的出現,此種現象可能會發生在其他離子液體中。發生在其他離子液體中時,聚集在電極表面的第一層離子(帶電原子或分子)所含的離子比表面相應電荷所含的離子要多,從而導致離子分布更分散,或者離子層更厚,從而導致儲能效率低下。但是研究人員制成的液體由于具備特殊結構,電荷都集中在電極表層。

研究人員將此新型材料稱為SAILs,即表面活性離子液體,其在高溫儲能方面有多種應用,例如用于石油鉆井或化工廠等高溫環境中。“我們的電解質在高溫下非常安全,而且性能更好,相比之下,鋰離子電池中的有些電解質卻非常易燃。”

研究人員表示,該材料可以幫助提高超級電容器的性能。超級電容器可用于存儲電能,有時是電動汽車電池系統的補充,可為電動汽車提供額外動力。與傳統電解質相比,采用了該新材料的超級電容器的能量密度提高了4至5倍。與電池相比,采用新型電解質后,未來的超級電容器可能能夠存儲更多能量,甚至可能在電動汽車、個人電子產品或電網級儲能設施等應用中取代電池。

此外,該材料可能還可用于各種新興的分離工藝。許多新開發的分離工藝都需要電氣控制,例如捕獲二氧化碳以及從廢物中回收資源等各種化學加工和精煉應用中,而此類具有高導電性的離子液體就非常適合此類應用。

研究人員最初研發的材料只是SAIL化合物其中一種可能性,該團隊還將繼續研發不同的可能化合物,并為特定用途優化參數。

關鍵字:超級電容器

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