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MIT研发新型离子液体提高超级电容器性能 或让超级电容器取代电池

盖世汽车 余秋云 2019-09-19 06:33:41
核心提示:美国麻省理工学院(MIT)与几家机构合作,研发出一种新型液体,可能可以提高超级电容器的效率和稳定性,同时降低易燃性。

盖世汽车讯 据外媒报道,超级电容器是一种能够存储和释放能量的电子设备,拥有一层电解质 - 一种可以是固体、液体或介于固体与液体之间的导电材料。现在,美国麻省理工学院(MIT)与几家机构合作,研发出一种新型液体,可能可以提高此类设备的效率和稳定性,同时降低易燃性。

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(图片来源:MIT)

研究人员表示,该研究可能代表了电化学储能的一种新范式。几十年前,研究人员已经发现一种新材料 - 离子液体(本质就是液体盐),但是该团队在此类离子液体中添加了一种化合物,该化合物与用来分散泄露的石油的表面活性剂类似。加入该化合物后,离子液体“具有了非常新奇的性质,变得非常粘稠。” 研究人员表示:“很难想象此种粘稠的液体可用于存储能量,但是我们发现,一旦提高温度,该液体就可以存储更多的能量,比其他许多电解质存储的能量都多。”

但是其实这也不是非常令人惊讶的,因为其他离子液体随着温度升高,粘度会降低,存储能量的能力也会提高。但是目前的情况是,该离子液体虽然粘度仍比其他已知电解质的要高,但是其容量仍然随着温度的升高而迅速增加,最终其整体能量密度超过了许多传统电解质的能量密度,而且稳定性和安全性也更高。

该液体高效的储能能力源自于其内部的分子会自动排列,最终会在金属电极表面形成分层结构。此类分子的一端有一条尾巴,排列之后头部或朝向电极或远离电极,而尾巴会聚集在中间,形成类似三明治的结构,称为自组织纳米结构。

此类高度有序的结构可以防止“过渡过滤”现象的出现,此种现象可能会发生在其他离子液体中。发生在其他离子液体中时,聚集在电极表面的第一层离子(带电原子或分子)所含的离子比表面相应电荷所含的离子要多,从而导致离子分布更分散,或者离子层更厚,从而导致储能效率低下。但是研究人员制成的液体由于具备特殊结构,电荷都集中在电极表层。

研究人员将此新型材料称为SAILs,即表面活性离子液体,其在高温储能方面有多种应用,例如用于石油钻井或化工厂等高温环境中。“我们的电解质在高温下非常安全,而且性能更好,相比之下,锂离子电池中的有些电解质却非常易燃。”

研究人员表示,该材料可以帮助提高超级电容器的性能。超级电容器可用于存储电能,有时是电动汽车电池系统的补充,可为电动汽车提供额外动力。与传统电解质相比,采用了该新材料的超级电容器的能量密度提高了4至5倍。与电池相比,采用新型电解质后,未来的超级电容器可能能够存储更多能量,甚至可能在电动汽车、个人电子产品或电网级储能设施等应用中取代电池。

此外,该材料可能还可用于各种新兴的分离工艺。许多新开发的分离工艺都需要电气控制,例如捕获二氧化碳以及从废物中回收资源等各种化学加工和精炼应用中,而此类具有高导电性的离子液体就非常适合此类应用。

研究人员最初研发的材料只是SAIL化合物其中一种可能性,该团队还将继续研发不同的可能化合物,并为特定用途优化参数。


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