研究人员利用超级电容器部件制造新型钠离子电池

研究人员利用超级电容器部件制造新型钠离子电池钠离子电池并不新鲜，但近几年才开始受到重视。与锂电池相比，钠离子电池可以使用的材料更为丰富（多达1000种），而且价格低廉。它们也比锂离子电池安全得多，可以放电到0V-消除了因短路而导致热失控的可能性。然而，漫长的充电时间和不尽如人意的存储容量使钠离子电池一直处于边缘地位，但这一切很快就会改变。KAIST团队用超级电容器使用的材料取代了普通电池的阴极材料，从而制造出了一种高能量、高功率、可快速充电的混合钠电池。此外，还对阳极进行了调整以提高容量，并采用了一种合成优化电极材料的方法。根据Kang的说法，他们的解决方案的能量密度超过了市面上的锂离子电池，同时还具有电容器的输出密度特性。作为下一代存储设备，它可以在几秒到几分钟内完成充电，因此非常适合用于各种电子产品。对于制造电动汽车的汽车制造商来说，它也可能改变游戏规则，使他们能够降低成本，同时提供只需几分钟就能完全充电的汽车。幸运的话，这项技术最终会从实验室走向现实世界。研究小组的研究成果发表在《科学直通车》（ScienceDirect）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428525.htm

工程师们制造出充电速度比锂离子电池快一亿倍的Cheema电容器

工程师们制造出充电速度比锂离子电池快一亿倍的Cheema电容器电容器由介电材料制成并在电场中存储能量。与利用化学反应来储存能量的电池相比，它们非常耐用，可以提供高功率水平和快速充电。但电容器的能量密度（在给定面积内可以存储的能量）通常远低于电池。这使得将它们缩小到芯片尺寸变得特别具有挑战性。一个工程师团队通过采用复合材料中出现的一些奇怪的电子特性来解决这个限制。他们制作了氧化铪和氧化锆的复合薄膜，该薄膜表现出自发电极化。一些区域是铁电性的，所有偶极子都指向相同的方向，而另一些区域是反铁电性的，偶极子指向多个方向，因此这些区域无法存储电荷。当对这些材料施加电场时，反铁电区域会转变，变成铁电体，并且薄膜可以存储大量电荷——比严格的铁电材料多得多。麻省理工学院的材料科学家SurajCheema表示，这种所谓的负电容效应意味着“你可以获得更多的电荷存储”。Cheema是加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授SayeefSalahuddin博士后期间开发新型微电容器设备的团队的一员。但仅靠负电容不足以制造具有高能量密度的微电容器——这些层只有2纳米厚。该团队必须弄清楚如何使这些薄膜更厚，同时保持其负电容背后的独特晶体结构。他们能够通过分层一些非晶态氧化铝来构建100纳米厚的电容器。该中断层从每个覆盖层中“隐藏”介电材料的结构，确保整个材料保持正确的晶体结构。为了在不增加面积的情况下进一步提高这些设备的能量密度，研究人员使用了当今DRAM单元电容器中常见的设计。这些3D结构是在硅芯片表面挖出的U形沟槽。该设计在给定的占地面积内包含了更多的电荷存储材料。沟槽电容器可以通过原子层沉积（ALD）来制造。该技术与半导体制造兼容，但很难扩大规模，为电动汽车等产品制造更大的电容器。Cheema表示，微型电容器每平方厘米可存储80毫焦耳的能量，仅比锂离子电池小一个数量级。但是，虽然微型电池在高端只能充电1,000次，但这些微型电容器可以充电数十亿次。Cheema说，它们的充电速度快了一亿倍。“这是一种智能工程方法，导致能量密度取得重大进步，”未参与这项工作的德雷克塞尔大学材料科学家尤里·戈戈西(YuryGogotsi)说道。他后来在电子邮件中补充道，“考虑到每部手机中约有1,000个多层陶瓷片式电容器，一辆汽车中约有3,000至8,000个，这项技术的影响可能非常重大。”就目前的形式而言，该技术可用于增加DRAM中的电荷存储。这些设备还可用于使电源更接近计算机芯片上的处理器，从而节省目前在运输过程中损失的能源。如果电容器可以按比例放大，它们可以在机器人和手机等大型设备中得到应用。Cheema目前正在利用麻省理工学院林肯实验室的设施，将这些单独的微电容器连接起来，制造更大的能量存储设备。能量密度可以用平方厘米来测量，但到目前为止他们只制造了50微米x1微米的设备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430961.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430961.htm

超微型超级电容器：改变游戏规则的储能奇迹

超微型超级电容器：改变游戏规则的储能奇迹印度科学研究院（IISc）仪器与应用物理系（IAP）的研究人员设计出了一种新型超微超级电容器，这是一种能够存储大量电荷的微型装置。它比现有的超级电容器更小、更紧凑，可用于从路灯到消费电子产品、电动汽车和医疗设备等多种设备。目前，这些设备大多由电池供电。然而，随着时间的推移，这些电池会失去储存电荷的能力，因此保质期有限。而电容器凭借其设计，可以存储更长时间的电荷。例如，一个工作电压为5伏的电容器在十年后仍能以相同的电压工作。但与电池不同的是，超级电容器不能持续放电，例如为手机供电。另一方面，超级电容器集电池和电容器的优点于一身，既能储存又能释放大量能量，因此在下一代电子设备中备受青睐。在最近发表在《ACSEnergyLetters》上的这项研究中，研究人员使用场效应晶体管（FET）作为电荷收集器，而不是现有电容器中使用的金属电极，制造出了他们的超级电容器。"使用场效应晶体管作为超级电容器的电极是调整电容器电荷的新方法，"该研究的通讯作者、IAP教授AbhaMisra说。设备示意图。资料来源：VinodPanwar和PankajSinghChauhan电容器设计的创新目前的电容器通常使用基于金属氧化物的电极，但它们受到电子迁移率低的限制。因此，米斯拉和她的团队决定制造混合型场效应晶体管，由二硫化钼（MoS2）和石墨烯的几原子厚层交替组成，以提高电子迁移率，然后与金触点相连。两个FET电极之间使用固体凝胶电解质，以构建固态超级电容器。整个结构建立在二氧化硅/硅基底上。米斯拉说："设计是关键部分，因为你要整合两个系统。这两个系统是两个场效应晶体管电极和凝胶电解质（一种离子介质），它们具有不同的电荷容量。该研究的主要作者之一、IAP的博士生维诺德-潘瓦尔（VinodPanwar）补充说，制造这种装置以获得晶体管的所有理想特性具有挑战性。由于这些超级电容器非常小，没有显微镜是无法看到的，而且制造过程需要高精度和手眼协调。"VinodPanwar在无尘室中制作设备。资料来源：PragyaSharma性能和未来计划超级电容器制作完成后，研究人员通过施加各种电压测量了该装置的电化学电容或电荷保持能力。他们发现，在某些条件下容量增加了3000%。相比之下，仅含有MoS2而不含石墨烯的电容器在相同条件下容量仅提高了18%。今后，研究人员计划探索用其他材料替代MoS2能否进一步提高超级电容器的存储能力。他们补充说，他们的超级电容器功能齐全，可通过片上集成应用于电动汽车电池等储能设备或任何小型化系统中。他们还计划为超级电容器申请专利。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392215.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392215.htm

拓邦发布钠离子电池：-40℃放电容量近80% 秒杀锂电

拓邦发布钠离子电池：-40℃放电容量近80%秒杀锂电而与传统的铅酸电池相比，钠离子电池具有更高的能量密度、更长的循环寿命以及无毒环保等优势。本次拓邦钠离子电池标称容量可达9.0Ah，标称电压3.0V，电压范围在1.5-4.0V。其次，在能量密度上，拓邦钠离子电池可达120Wh/kg，电池循环寿命可达2500次以上。从长期规划来看，到2025年，拓邦钠离子电池能够实现能量密度≥160Wh/kg，循环寿命≥6000次。相比于普通锂离子电池，拓邦钠离子电池的原材料成本，正极降低约50%，负极降低约20%，电解液降低约15%，集流体降低约10%，原材料总成本可以降低约30%。在超低温环境下，锂离子电池往往会出现电极失活、电解液流动性降低、电化学反应速率下降等问题，导致电池性能下降，而拓邦的钠离子电池在超低温环境下的表现则更加稳定，-40℃放电容量接近80%。相较于锂电和铅酸难以同时兼顾大倍率充、放电，拓邦钠离子电池可同时实现3C充电、5C放电，充电20分钟，电量可达90%以上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360933.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360933.htm

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍柏林亥姆霍兹中心（HZB）和柏林洪堡大学的一个欧洲研究小组开发出一种替代充电方案，使锂离子电池的寿命比现在更长。研究结果表明，通过改变充电器向电解质材料输送电流的方式，电池在经过数百次放电-充电循环后仍能保持较高的能量容量。锂离子电池是一种结构紧凑、坚固耐用的能源容器，已成为人们的宠儿。电动汽车和电子设备都依赖于它们，但随着电解质穿过分隔阳极和阴极的薄膜，它们的容量会逐渐降低。目前最好的商业级锂离子电池使用的电极由一种名为NMC532的化合物和石墨制成，使用寿命长达8年。传统的充电方式是使用恒定电流（CC）的外部电能。研究分析了使用CC充电时电池样品的情况，发现阳极的固体电解质界面（SEI）"明显变厚"。此外，他们还在NMC532和石墨电极结构中发现了更多裂纹。较厚的SEI和电极上较多的裂缝意味着锂离子电池容量的显著损失。因此，研究人员开发了一种基于脉冲电流（PC）的充电协议。使用新的PC协议对电池充电后，研究小组发现SEI接口变薄了很多，电极材料发生的结构变化也更少。研究小组利用欧洲两个领先的粒子加速同步加速器设施"BESSYII"和"PETRAIII"进行了脉冲电流充电实验。他们发现，PC充电可促进石墨中锂离子的"均匀分布"，从而减少石墨颗粒中的机械应力和裂纹。该方案还能抑制NMC532阴极的结构退化。研究表明，方波电流的高频脉冲效果最好。测试表明，PC充电可使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍，容量保持率达到80%。这项研究的共同作者、柏林工业大学教授JuliaKowal博士说："脉冲充电可以在电极材料和界面的稳定性方面带来许多优势，并大大延长电池的使用寿命。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427548.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427548.htm

Morand的混合型超级电容电池可实现72秒内为小容量电动车充满电

Morand的混合型超级电容电池可实现72秒内为小容量电动车充满电作为传统电池和超级电容器的交叉产物，该公司的eTechnology装置提供了潜在的改变游戏规则的充电速度，同时还有可能比锂离子电池的寿命长很多。Morand是前F1车手和车队经理BenoîtMorand的名字，他在开发HopeRacingOreco01Hybrid时是不可或缺的力量，这是十多年前在勒芒24小时耐力赛上启动的第一个混合动力汽车原型。与其他前F1工程师和经理组成的小团队一起，Morand已着手将源自赛车运动的混合动力和电动技术应用于更实用的日常解决方案。Morand一直在努力开发其所谓的eTechnology，将其描述为一种结合了超级电容器和化学电池特性的能量存储解决方案。在其测试和评估项目中，该公司表示，一个7.2千瓦时的eTechnology原型能够在72秒内充电到80%，120秒内充电到98%，在2.5分钟内充电到100%，功率高达900A/360千瓦。独立的测试是由GeoTechnology进行的。当然，7.2千瓦时与市场上一些续航时间最长的电动汽车所使用的100千瓦时以上的电池组相比相差甚远。Morand专注于较小容量的应用，如无人机和电动自行车，他解释说，eTechnology最适合于需要快速、稍频繁地充电5分钟或更少的应用场景，例子是像雪铁龙Ami这样的小型城市汽车及其5.5千瓦时的电池组。就电动自行车而言，Morand估计，一辆拥有6安时电池的自行车可以在6分钟内以3.2千瓦的较低速度充满电。这将深刻改变电动自行车的用法，因为电动自行车通常需要几个小时来充电。有了六分钟的充电时间，骑行者可以在短暂的休息时间内插上电源，并恢复自行车的全部或大部分里程，而不再需要购买和携带备用电池。这可能使电动自行车成为取代汽车进行长距离日常通勤的更可行的选择。Morand公司列举了eTechnology的其他优势，其中包括在极端温度下的高效运行和更多的充电/放电周期的潜力。它声称，它已经安全地测试了超过50000次充放电循环，比传统的电池组多几十倍。Morand说，它正在与一个制造伙伴合作进行小批量生产，并计划提高产量，以使eTechnology在成本上比锂离子电池更具竞争力。它还在寻找投资者，为其提供扩大生产规模的资金。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333493.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333493.htm