波兰科学院 与传统电容器相比，超级电容器充电速度更快，功率密度更高
简而言之——太棒了
信用:IPC PAS，图片:Grzegorz Krzyzewski 我们生活在充满电子产品的现代
智能手机、笔记本电脑、平板电脑和许多其他设备需要电能才能运行
便携式设备使我们的生活变得更容易，因此清洁能源及其存储方面的创新解决方案是可取的
锂离子电池是主导全球市场的最常见的解决方案，由于回收不足，这是一个巨大的问题
由于其功率有限、循环寿命短和不环保的特性，科学家们最近专注于新型解决方案，如超级电容器，其提供的远不止电池
为什么？让我们仔细看看这些设备
超级电容器集标准电容器和锂离子电池的特性于一身
实际上，这些设备储存的能量比电容器多，输送能量的速度也比电池快
他们的秘密藏在里面，隐藏着两个重要的组成部分
第一个是两个由导电材料制成的多孔电极；这些电极被薄膜隔开，以防止短路
第二种是在超级电容器中起关键作用的电解质
电解质中有许多相互靠近的离子，它们充满了孔隙
有两种离子——带正电荷的称为阳离子，带负电荷的称为阴离子
当设备打开时(在这两个电极之间施加电势差)，离子开始进出孔(阳离子和阴离子以相反的方向移动)，并且电流流动
保持孔隙率最常用的材料之一是活性炭
如果气孔很大，装置充电很快，但储存的能量很低
如果孔隙很窄，该装置提供更多的能量，但充电更慢
是否意味着越小越好？是的，然而，离子的速度认为它们在孔隙中的运动需要加速
最近，由波兰科学院物理化学研究所的斯维亚托斯拉夫·康德拉特领导的一个国际小组介绍了研究工作，描述了如何加快离子在狭窄孔隙中的传输
为什么？为了更快地给超级电容器充电
首先，研究人员专注于理论
他们呈现出大小约为0的狭缝状孔隙
6纳米，即0
6米分成十亿块，只比离子本身稍大一点，而它的长度不到20纳米
好小的尺寸！它甚至比病毒还小
当电极被极化时(向电极施加外部电势以将离子推向特定方向)，孔外的离子涌向孔
想象他们像汽车一样在高速公路上行驶，进入一个非常狭窄的隧道
然而，不是两个、三个或四个方向相反的车道，而是所有车道合并
当汽车快速行驶时，高速公路非常拥挤，它们可能会很快堵塞隧道，陷入交通堵塞
离子也是如此
当施加到电极上的电势差变化太快时，进入电极孔的离子会阻挡试图离开孔的离子
这样，毛孔就被堵塞了
在实践中意味着什么？ 与传统电容器相比，超级电容器充电速度更快，功率密度更高
简而言之——太棒了
信用:IPC PAS，图片:Grzegorz Krzyzewski 坏消息是，这意味着超级电容器充电更慢(功率密度更低)
研究人员提出了解决方案:让我们不要把离子推得太快，但也不要太慢；让我们以微小的步速来调整速度
基于他们的想法，他们进行了多次复杂的计算机模拟，给出了有希望的结果
那是一种理论
练习呢？斯维亚托斯拉夫·康德拉特说:“我们有模拟结果，我们很好奇它在实践中是如何工作的
“在沃尔克加压器(INM，萨尔布吕肯)进行的实验使用了充满离子的多孔电极
研究人员已经表明，当用微小的电脉冲而不是突然的充电或放电处理时，离子可以更快地移动而不会堵塞孔隙
通过这种方式，他们发现了如何加速充电和放电过程，即使电极的孔只有0
6 nm
这项研究是在国际合作下完成的，并于11月30日发表在《自然通讯》杂志上
斯维亚托斯拉夫·康德拉特说:“结果令人鼓舞
令人兴奋的是，放电也可以加速
这就像让你的车更快地离开隧道，即使你只能控制隧道外的车
这与一些工艺相关，如电容水脱盐，其运行速度非常重要”
他们的发现为加速充电和放电开辟了新的机会，即使是在亚纳米孔中
这种新型溶液应用的方法可以为这些环境友好型电化学装置的更广泛应用提供一条新的途径
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