請詳細分析一下中佛羅里達大學(UCF)近期研究的「秒充+大容量+長壽命」新型電池(超級電容器)?

參見文章:[New battery tech last for days, charges in seconds](New battery tech lasts for days, charges in seconds)

UCF研發的新型超級電容器電池

文中提到——

該新型電池由超級電容器(2D金屬材料)構成,具有完全充放30,000次以上仍然如新的超長壽命,持續放電時間超過現有鋰鐵電池的20倍以上。

該研究小組將2D的金屬材料(TMDs)展開成幾個原子的厚度,纏繞在具有高導電性的納米導線周圍,使得電子能夠快速地從內部傳導到(2D材料)的表面。示意圖如下:

TMDs示意圖

請問這種電池的具體原理是什麼?其具有如此之高的能量密度,如何保證使用的安全性?同現在比較熱門的使用石墨烯材料的電池相比,其具有哪些優點及不足?


已經回答,見鏈接:知乎專欄


謝邀,不過我對這方面的了解並不深入

我嘗試著說一下我的回答,希望能拋磚引玉

首先,這種電池顯然就是一種電容器,近年來,在超級電容上的研究非常熱門,成果也是有一些的,但都離商業化運營又很遠的距離。

該研究小組將2D的金屬材料(TMDs)展開成幾個原子的厚度,纏繞在具有高導電性的納米導線周圍,使得電子能夠快速地從內部傳導到(2D材料)的表面。

其實也說得很清楚了,電容就是利用正負電荷相吸但又不使其接觸中和,來達到保存電荷形成電勢差的目的的。電容一般來說無需進行化學反應,而一般都是物理過程,因而就在充放電速度上有很大優勢,且化學電池因防止化學反應過快,或充放電電流不穩定造成其他變化或副反應,需要晶元來控制電流,顯然難以大幅提升速度。

這個電容,按原文說是在提升電荷相對面積上採用了所謂2D金屬材料的方式。

沒有其他資料,我只說說我的猜想。

如圖,如果我沒理解錯,每一個小柱子就是一個小電容,這個電池就是大量電容組裝在一起。中間藍色是所謂納米導線,電容器下的基板應該也是導體,它們分別連接一個電極極板,對其進行充放電操作。

它的所謂能量密度高不過是在單位體積時,作為電容器它們的相對面積得到了很大增高,因而可存儲的電荷更多了,電容更大。超級電容器的研發很多都是這個方向上的。

安全性的話,可能有兩個方面:一個是電容存儲電荷的安全,一個是充放電時安全。

電容都要應付防止漏電,電荷擊穿,穩定性和耐用性等方面的問題,在這個電容器中電極極板看圖應該都是合金,參雜了不同的原子(紅色小球之類)來改善性能,但具體的並不能知道。

充放電及使用的安全的話應該還是要通過晶元來控制,這個我很不了解。。。

石墨烯電池

說實話,現階段,我覺得這裡面泡沫太大,很多概念性炒作,石墨烯本身是很有用處,但沒有廣告那麼神奇,什麼都往上套。

石墨烯是由單層碳原子構成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料,理論厚度僅為0.34納米,具有優良的導熱性能、力學性能、較高的電子遷移率、較高的比表面積和量子霍爾效應等性質。

石墨烯電池依然是化學電池。

只是採用石墨烯這種多孔、與溶液中離子電子接觸面積更大的材料作為電極,進行電化學反應。同樣,反應物與電極的接觸更為充分,能提高反應速度。但我覺得決定性因素還是在於電池化學反應反應物本身。

當然,我覺得對石墨烯的其他使用方式還是有待發掘並且大有可為的,畢竟它有一些特殊的性質,在某些方面是很好的材料。

對比優缺點的話

其實很大程度還是超級電容器與化學電池的對比,優缺點說來說去也就那些,我就不贅述了。

很多文字、原理不成熟,可能有誤,請不要全信,歡迎拍磚,哈哈


「如此高的能量密度」

文中一個數據都沒有,咋得出這個結論

就給了個循環次數,這麼小一片,能供出多大能量?

一切不給活性物質的量就談「密度」問題的都是耍流氓


這只是個新聞稿啊,這工作發在哪裡,原文都沒放出來,怎麼評價啊


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