科学家研发新型超级电容器设计 可让充电速度提升5倍

来自昆士兰科技大学的研究团队近日整合了两种混合超级电容器设计，从而实现即时充电放电，相对于 NiMH 电池大幅改善了能量存储性能。在 12 月《先进材料》上发表的新研究中，QUT 团队描述了一种使用电容器式碳化钛负极和电池式石墨烯混合式正极的设计。

在本文开始之前，首先理清下电池的两个关键参数：

● 能量密度（Wh/Kg）

指的是电池每千克重量下可以存储的能量重量

● 功率密度（W/Kg）

指的是设备在充电和放电的时候可以多快地移动能量

锂电池以化学形式存储能量，由于其能量密度较高而被广泛使用，但是拥有智能手机或电动汽车的人都知道，锂电池的充电速度相当缓慢。而另一方面，超级电容器以静态方式而不是以化学形式存储能量，这意味着它们可以更快，更快速地充电和放电，而不会降低其内部结构。

因此，它们具有非常高的功率密度，但这被其能量密度远低于化学电池的事实所抵消。因此，科学家一直在寻找介于这两者之间的设备，混合超级电容器兼具两者优势，在保持充电速度的情况下比常规超级电容器存储更多的能量。

研究小组设计了一种混合电容器，其功率密度（因此充电能力）“约为锂电池的10倍”，而能量密度“接近于镍氢金属电池”。经过测试，该电容器的能量密度为 73 Wh/kg，是当代最先进的 EV 电池提供的能量的 28%，但功率密度可以达到 1600 W/Kg,de而作为对比，锂电池的功率密度约为 250 W/kg-340 W/kg。

如果拿特斯拉的 Model S Plaid+ 做比较，就是续航里程从 520 英里（837 公里）缩减到 145 英里（233 公里），但如果基础设施允许的情况下，充电功率能够快至少 5 倍。

功率密度双向起作用，这意味着电池组不会阻碍真正可怕的功率输出。在当今的Plad + Tesla拥有惊人的1100匹以上的马力的情况下，基于混合动力超级电容的等效产品将具有能够为电动机提供五倍功率的电池组。

QUT团队高兴地注意到，这些混合超级电容器的使用寿命也比锂离子电池在测试台上的寿命长一倍，在 10,000 次完整的充电/放电循环后仍可保持其初始存储容量的 90％。