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来自印度S.N. Bose国家基础科学研究中心的两位学者研发出了一种具有复合纳米结构的新型超级电容器,该电容器的外壳层是由氧化镍与氧化铁复合而成的,内部包裹着导电性良好的铁镍合金。
在这周美国物理学会出版社的期刊《应用物理杂志》中报道了上述复合纳米电极的合成方法。他们还证明其拥有比现有的非复合超级电容器电极更优越的性能。由于氧化镍和氧化铁都是性价比很高的环保材料,因此满足绿色低成本超级电容的要求。
“复合电极表现出了优异的电化学性质,它的电容量(即储存电能的能力)达1415法拉每克,能量密度高达2.5安培每克,它的电阻很小,功率密度非常高,” S.N. Bose国家基础科学研究中心凝聚态物理和材料科学系的首席科学家,Ashutosh /K. Singh这样说道。“它同样具有长期的循环稳定性,换句话说,在经过3000次充放电后,该电极仍能保持原始容量的95%。”
超级电容器的优点
超级电容器是用于存储大量电能的电子设备。它们也被称为电化学电容器,具有高功率密度、高充放电速率,循环稳定性好和高能量密度的特点。
在储能设备中,单位质量中蕴含的电能被称为“能量密度”,而“功率密度”是指能量传递的速率。传统电容器的功率密度很高,但是能量密度低,这意味着它们能快速的进行充放电,但是能储存的电能并不多。
传统电池在这方面与传统电容器的表现正好相反。电池有较高的能量密度,可以储存大量的电能,但是它的充放电时间可能要用几个小时。超级电容器就像是传统电池和传统电容器的结合,拥有它们两者大功率,高能量密度和低电阻的优点,因此超级电容器有望取代电池成为电子设备和便携式电源高效、可靠甚至更安全的动力源。
在超级电容器中,高电容,即储存电荷的能力,是实现高能量密度的关键。同时,为了实现高功率密度,具有较大的电化学可接触表面积、高电导率和较短的离子扩散路径至关重要。纳米结构的活性材料则能满足以上这些要求。
科学家们是怎样合成新电极的
受先前通过掺杂不同金属氧化物材料以提高导电率研究的启发,Singh和他的同事Kalyan Mandal教授将氧化镍和氧化铁制成了复合材料,并制造特殊的核壳纳米结构电极。
“通过改变使用的材料和电极的形态,我们就能得到不同性能、不同质量的超级电容器。” Singh告诉我们。
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