超材料可增强电容器储能效率与电击穿强度 以降电动汽车成本

盖世汽车讯 据外媒报道，当涉及到增加电存储效率和电击穿强度（即电气系统在更高电压和更高温度下运行的能力）时，传统上讲，其中一个的增加会导致另一个的降低。为此，美国宾夕法尼亚州立大学（Penn State）的研究人员在电气工程教授Qiming Zhang的带领下，研发了一种可扩展的方法，可以依靠工程材料同时改善这两种性能。

（图片来源：宾夕法尼亚州立大学）

研究人员改变了一种用于存储和调节能量、且通常用于电子和电力系统的设备——介电电容器。采用一种小型工程材料（也称为超材料），研究人员改变了介电电容器以增加其存储容量，同时也提高了电荷效率，意味着该电容器可以承受更高的电压，在148.88摄氏度（300华氏度）以上的工作条件下，几乎不会造成能量损失。

虽然其他研究人员也已经能够在介电电容器上做到这一点，但是往往成本太高，难以推广到实际产品上。

Zhang教授表示：“我们所做的是利用纳米掺杂剂的界面效应，用极少量的掺杂剂就可提高存储效率和电击穿强度，从而降低成本。很多人都认为需要利用填补电容器的填料来实现更高的储能效率，但是我们证明，只使用非常少量的填料以及低成本的材料，就可以实现最大的击穿强度，从而能够将成本保持在较低水平，也使其具备高度可扩展性。”

增加电容器的电击穿强度将使该装置能够在系统不发生故障的情况下承受更高的温度，这也是电动汽车、工业钻头以及电网等许多电子和电气系统希望具备的一个重要特点。

Zhang表示：“现在，混合电动汽车采用的电容器由BOPP材料制成，在80摄氏度（176华氏度）的温度下，也可以工作得很好。不过，汽车会变得非常热，需要采用冷却剂，增加了车辆的成本，也增加了重量。现在，采用此种尺寸更小的超材料用于新型电容器，以替换现有的电容器，就无需担心冷却问题，因为它可以应对更高的温度。”

用于深度钻探的设备也可从此种尺寸更小、价格更低、温度阈值更高的电容器中受益。而电网也可从该项新技术中受益，特别是可以提升能源效率以及提高电击穿强度。