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锡是可穿戴超级电容器材料的最佳选择

2021年03月30日

 


使用锡替代部分氧化钴中的钴提高了微型超级电容器的电导率和稳定性,在10000个放电周期后保留了92%的容量。这种电池的技术可以为灵活且经济实惠的可穿戴设备供电,以监测生命体征并发现健康问题。

 

宾夕法尼亚州立大学的科学家Jia Zhu在Huanyu Cheng的指导下进行了这项微型超级电容器研究。他说:"与典型的电池相比,超级电容器是一种功能强大、能量密集更高的装置,充电速度更快快,但我们能让它更强大、更快,并在循环中保持性能吗?

 

宾夕法尼亚州立大学的研究小组使用资源充足、廉价的氧化钴来组成他们的超级电容器电极。氧化钴理论上具有高能量密度,但与其他材料混合时反应不佳,能量密度较低。

 

科学家们进行了计算机模拟,看看用其他金属替换钴是否会增加储存的能量。

 

"我们筛选了可能的材料,但发现许多可能起作用的材料过于昂贵或有毒,所以我们选择了锡,"朱说。锡成本较低,而且对环境无害。

 

中国的研究小组进行了实验,验证模拟能否实现。通过用锡代替一些钴,并将这种新材料与石墨烯薄膜结合,研究小组制造了他们所谓的低成本、易于开发的电极。经过10000个充电和放电周期后,他们的微型超级电容器仍能保持原先能量密度的92%。

 

"实验结果证实,在部分锡替代钴后,氧化钴结构的电导率显著提高,"朱说。"开发的设备有望作为下一代储能装置具有更好的实际应用。

 

超级电容器已经用于为脑部扫描仪供电、保持磁悬浮列车升起和打开公共汽车车门。将来,超级电容器最终可以取代10%的锂离子电池。超级电容器还可以为新市场提供动力——超级电容器的四分之一市场侧重于可穿戴设备和纺织品。

 

"超级电容器是一个关键组件,但我们也有兴趣与其他机制相结合,作为一个储能设备和传感器,"程说。"我们的目标是将许多功能投入到一个简单的、自供电的设备中。

 

我们的观点:超级电容器是不可燃、无毒的,且在某些用途中,比电池少浪费14%的电力。此外,能量密度和使用寿命分别比电池高出十倍和四倍。在微型超级电容器中添加锡可能会使该技术更接近市场。

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