Chiphell - 分享与交流用户体验

 找回密码
 加入我们
搜索
      
查看: 1996|回复: 14

[PC硬件] 碳纳米管电容:让电池俯首称臣

[复制链接]
发表于 2009-8-18 10:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
ugmbbc发布于 2009-08-17 21:59:41|7390 次阅读 字体:大  小  打印预览
                         感谢匿名人士的投递
新闻来源:新发现 编译:杨薇
它和一节电池所存储的能量相同,几秒内可完成充电,几乎永不损耗……美国麻省理工学院(MIT)研究人员设计的碳纳米管超级电容是一项革命性的发明!它可能从此终结电池时代。在飞往美国汽车工业之都底特律的班机上,乔尔·辛达尔(JoelSchindall)有了这一足以引发未来交通变革的想法。当时,这位麻省理工学院(MIT)的电子与信息工程教授读到一篇关于碳纳米管的文章。
                碳纳米管是一些狭长圆柱状的碳分子。当他读到密集的碳纳米管丛能够提供巨大的表面积时,忽然灵光闪现:我们能否用这些碳纳米管来制造一个超级电容,使它既有与电池相当的能量,又能在几秒内完成充电呢?经过两年半的研究,这位言谈一向极有分寸的学者再也难掩兴奋:“我们的电容真的可以改变能量世界!”

作为一种至为普通的电子元件,电容与电阻和晶体管一样,是电路的基本组件。从个人电脑到移动电话,再到汽车,它的应用无所不在。

几秒内充电完毕

起初,电容与电池的作用是一样的:它就像个能量库,能够存储或释放电流。但它们的相似也仅止于此。事实上,它们的作用是互补的。1745年发现的电容原理归根到底非常简单:以绝缘空间相隔的两个金属片,一旦被施以电压,就会从被称为“电解质”的物质中捕捉离子(即带电粒子)。在静电力的作用下,电容的每块电极片吸引异极离子,从而完成能量积蓄,这是一个完完全全的物理过程。电容内金属片表面积越大,间距越近,能够容纳的电荷(即能量)也就越多。当金属片表面积与金属片间的间距比趋于1012时,电容就成了“超级”电容。而在电池内部,恰恰相反,电流是由电解质的离子与电极物质所发生的化学反应产生的。这便导致了电容与电池在性能上的巨大差异。相较之下,前者显得更具优势,因为物理“速度”与化学“速度”实不可同日而语。

例如,超级电容可以在几秒钟或几分钟内充电完毕,而一部电池却需要几小时。这种速度上的优势也表现在放电上:一个电容可以即刻满足强大的能量需求,而一部电池却需要慢悠悠地释放它的化学能量。另外,电池内的化学反应在低温下会变得低效(化学反应青睐高温),而超级电容可以毫无顾虑地在极其寒冷的条件下作业。最后,电池内的化学反应还会产生有害的副产品(比如汽车电池中的硫化铅),这些物质会不断累积,从而限制电池的使用寿命:充电、放电几百个周期后便要报废。而电容则完全不受此制约,可以循环使用达几十万个周期。

如此多的优点令电容颇受汽车工业的欢迎,特别是它的可靠性和它能够迅速满足巨大能量需求的特点(几秒内释放几千瓦的能量),尤其适宜为智能自动驾驶、刹车后能量重蓄,以及车载音响设备供电。然而,尽管有业界人士的满腔热情,超级电容却仍然定格在了电池配角的地位上。化学电池别无所长,但有一张决定性的王牌,那就是更强的存储能力。“现在的超级电容表现出的储能密度为每千克5至6瓦时,而作为现今性能最优越的电池,锂电池的储能密度可以达到每千克60至90瓦时。”美国电容器生产巨头Maxwell Technologies公司交通应用部副总裁约翰·米勒(JohnMiller)也不得不承认这点。不过麻省理工学院的研究人员却深信,颠覆电池在能量存储领域的霸权只不过是个时间问题。超级电容的缺陷非常容易理解:它们的“容量”取决于它们捕获离子的能力,也就是说电极提供尽可能大的表面积的能力。目下,MaxwellTechnologies公司使用布满活性炭——用酸腐蚀过的多孔碳——的铝膜制造每克表面积达3000平方米的电极。电极之间的空间充满了电解质。超级电容通电后,电解质中的离子便会密集地依附在每一个电极的碳层表面,间距仅为一个离子的宽度:几乎只有1纳米!这样便达到了前文所提及的比率,并获得了我们所知的成绩。

而乔尔·辛达尔和他的团队却为活性炭找到了更神奇的替代物:碳纳米管。辛达尔把它们比作超细的发丝。但这些“发丝”具有极佳的导电能力。麻省理工学院的学者们由此获得灵感:使用碳纳米管,以获得比活性炭更大的表面积。为了达到这个目的,可以在一个导电表面上以5~10纳米的间距植上直径为几纳米、长度为100微米的碳纳米管——如果那是发丝的话,其长度将达2.5米。根据他们的理念,离子在带电碳纳米管的吸引下,会像珠子一样堆满所有间隙。

即将用于移动电话?

“我们已经计算过,这种设计可将离子捕捉面积扩大至现有产品的20到30倍,能够达到与电池相同的能量密度。”乔尔·辛达尔解释道。为了完成这个构造,麻省理工学院的研究小组采用往金属“纳米籽”上喷洒碳蒸汽的技术,碳纳米管便会从这些“纳米籽”上面“长出”。2006年春天,这个目标已顺利完成,碳纳米管“长”到120微米。接下来的任务就是要在6个月内完成一个实用的样品,并且证明这种构造的性能确实能够达到预期水平,即该产品开发的第一个目标,存储一节锂电池一半的能量。随后便是向大规模工业化生产过渡,这倒是需要好几年的时间。
发表于 2009-8-18 10:14 | 显示全部楼层
华硕和技嘉会很喜欢
发表于 2009-8-18 10:59 | 显示全部楼层
从高能量密度和充电快速来看,最佳的应用对象就是电动汽车了
发表于 2009-8-18 12:55 | 显示全部楼层
华硕和技嘉来几块堆料X58板YY一下吧~
发表于 2009-8-18 13:11 | 显示全部楼层
这新闻貌似有点年头了
发表于 2009-8-18 18:06 | 显示全部楼层
用在汽车上 全球省N多能源
发表于 2009-8-18 18:17 | 显示全部楼层
难道奥巴马决定用这东西了才给汽车定下如此变态的油耗标准?
发表于 2009-8-18 21:50 | 显示全部楼层
不但是汽车,现在的笔记本,以后就是不灭本了。
发表于 2009-8-18 22:18 | 显示全部楼层
就看成本控制了。。。。
发表于 2009-8-18 22:56 | 显示全部楼层
以後汽車可以不用放碳污染環境了
发表于 2009-8-19 00:14 | 显示全部楼层
从高能量密度和充电快速来看,最佳的应用对象就是电动汽车了
AFXIF 发表于 2009-8-18 10:59

我最先想到的也是电动汽车,其次是大屏幕的手机*/-12
发表于 2009-8-19 22:22 | 显示全部楼层
我又有机会yy一番了
发表于 2009-8-19 23:18 | 显示全部楼层
我不知道这个电容逃电情况严不严重……反正电容车用的电容挺严重的……
差不多一晚上能逃掉8成……
这就不能拿来替代手机和笔记本电池了……
发表于 2009-8-19 23:38 | 显示全部楼层
我不知道这个电容逃电情况严不严重……反正电容车用的电容挺严重的……
差不多一晚上能逃掉8成……
这就不能拿来替代手机和笔记本电池了……
AFXIF 发表于 2009-8-19 23:18

电容车上那个就是起个能量回收的作用吧
就碳纳米管的产量,估计这个离量产还远得很
发表于 2009-8-30 00:53 | 显示全部楼层
理论上电容不漏电,而且循环次数无限haha~
理想啊
您需要登录后才可以回帖 登录 | 加入我们

本版积分规则

小黑屋|手机版|Archiver|Chiphell ( 沪ICP备12027953号-5 )沪公网备310112100042806 上海市互联网违法与不良信息举报中心

GMT+8, 2020-11-28 07:04 , Processed in 0.009048 second(s), 20 queries , Gzip On, Redis On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2007-2020 Chiphell.com All rights reserved.

快速回复 返回顶部 返回列表