MIT研發(fā)出一種新型液體 可幫助提高超級(jí)電容器的性能

據(jù)外媒報(bào)道，超級(jí)電容器是一種能夠存儲(chǔ)和釋放能量的電子設(shè)備，擁有一層電解質(zhì) - 一種可以是固體、液體或介于固體與液體之間的導(dǎo)電材料?，F(xiàn)在，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）與幾家機(jī)構(gòu)合作，研發(fā)出一種新型液體，可能可以提高此類設(shè)備的效率和穩(wěn)定性，同時(shí)降低易燃性。

（圖片來(lái)源：MIT）

研究人員表示，該研究可能代表了電化學(xué)儲(chǔ)能的一種新范式。幾十年前，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種新材料 - 離子液體（本質(zhì)就是液體鹽），但是該團(tuán)隊(duì)在此類離子液體中添加了一種化合物，該化合物與用來(lái)分散泄露的石油的表面活性劑類似。加入該化合物后，離子液體“具有了非常新奇的性質(zhì)，變得非常粘稠?！?研究人員表示：“很難想象此種粘稠的液體可用于存儲(chǔ)能量，但是我們發(fā)現(xiàn)，一旦提高溫度，該液體就可以存儲(chǔ)更多的能量，比其他許多電解質(zhì)存儲(chǔ)的能量都多?！?/p>

但是其實(shí)這也不是非常令人驚訝的，因?yàn)槠渌x子液體隨著溫度升高，粘度會(huì)降低，存儲(chǔ)能量的能力也會(huì)提高。但是目前的情況是，該離子液體雖然粘度仍比其他已知電解質(zhì)的要高，但是其容量仍然隨著溫度的升高而迅速增加，最終其整體能量密度超過(guò)了許多傳統(tǒng)電解質(zhì)的能量密度，而且穩(wěn)定性和安全性也更高。

該液體高效的儲(chǔ)能能力源自于其內(nèi)部的分子會(huì)自動(dòng)排列，最終會(huì)在金屬電極表面形成分層結(jié)構(gòu)。此類分子的一端有一條尾巴，排列之后頭部或朝向電極或遠(yuǎn)離電極，而尾巴會(huì)聚集在中間，形成類似三明治的結(jié)構(gòu)，稱為自組織納米結(jié)構(gòu)。

此類高度有序的結(jié)構(gòu)可以防止“過(guò)渡過(guò)濾”現(xiàn)象的出現(xiàn)，此種現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)生在其他離子液體中。發(fā)生在其他離子液體中時(shí)，聚集在電極表面的第一層離子（帶電原子或分子）所含的離子比表面相應(yīng)電荷所含的離子要多，從而導(dǎo)致離子分布更分散，或者離子層更厚，從而導(dǎo)致儲(chǔ)能效率低下。但是研究人員制成的液體由于具備特殊結(jié)構(gòu)，電荷都集中在電極表層。

研究人員將此新型材料稱為SAILs，即表面活性離子液體，其在高溫儲(chǔ)能方面有多種應(yīng)用，例如用于石油鉆井或化工廠等高溫環(huán)境中?！拔覀兊碾娊赓|(zhì)在高溫下非常安全，而且性能更好，相比之下，鋰離子電池中的有些電解質(zhì)卻非常易燃?！?/p>

研究人員表示，該材料可以幫助提高超級(jí)電容器的性能。超級(jí)電容器可用于存儲(chǔ)電能，有時(shí)是電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的補(bǔ)充，可為電動(dòng)汽車提供額外動(dòng)力。與傳統(tǒng)電解質(zhì)相比，采用了該新材料的超級(jí)電容器的能量密度提高了4至5倍。與電池相比，采用新型電解質(zhì)后，未來(lái)的超級(jí)電容器可能能夠存儲(chǔ)更多能量，甚至可能在電動(dòng)汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品或電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能設(shè)施等應(yīng)用中取代電池。

此外，該材料可能還可用于各種新興的分離工藝。許多新開發(fā)的分離工藝都需要電氣控制，例如捕獲二氧化碳以及從廢物中回收資源等各種化學(xué)加工和精煉應(yīng)用中，而此類具有高導(dǎo)電性的離子液體就非常適合此類應(yīng)用。

研究人員最初研發(fā)的材料只是SAIL化合物其中一種可能性，該團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)研發(fā)不同的可能化合物，并為特定用途優(yōu)化參數(shù)。