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未来的可穿戴设备可能由可拉伸的超级电容器供电

沐鸣测速

超级电容器是由杜克大学和密歇根州立大学(MSU)的研究人员开发的,在反复拉伸的情况下不会出现任何损耗,在1万次充放电后,其能量性能仅下降几个百分点。
 
该团队设想超级电容器是电力独立、可伸缩、灵活的电子系统的一部分,沐鸣测速应用于可穿戴电子设备或生物医学设备。
 
密歇根州立大学软机械与电子实验室主任曹昌勇表示:“我们的目标是开发出一种创新设备,能够在拉伸、扭转或弯曲等机械变形的情况下不影响性能。”“但如果可拉伸电子设备的电源不可拉伸,那么整个设备系统将被限制为不可拉伸。”
 
超级电容器——有时也被称为超级电容器——像电池一样储存能量,但有一些重要的区别。
 
与用化学方法储存能量并通过化学反应产生电荷的电池不同,静电双层超级电容器(EDLSC)通过电荷分离来储存能量,并且不能产生自己的电流。它必须从外部来源充电。
 
在充电过程中,电子在设备的一个部分被建立起来,然后从另一个部分被移除,因此当两边连接起来时,电就会在它们之间快速流动。
 
与电池不同的是,超级电容器能够在短时间内释放大量能量,而不是通过漫长而缓慢的细流。此外,它们的充放电速度比电池快得多,而且比可充电电池能够承受更多的充放电周期,这使它们成为短时间、高功率应用的理想选择,如在照相机中设置闪光灯或立体声音响中的放大器。
 
然而,大多数超级电容器和电路板上的其他元件一样坚硬易碎,这就是为什么曹和杜克大学电子与计算机工程教授杰夫•格拉斯(Jeff Glass)花了多年时间研究可拉伸版超级电容器的原因。
 
当碳纳米管森林被放置在一个弹性基板上,在两个方向上预先拉伸,它创造了一个意大利面迷宫,而不是行,沐鸣测速提高了可拉伸超级电容器的性能。
 
当碳纳米管森林被放置在一个弹性基板上,在两个方向上预先拉伸,它创造了一个意大利面迷宫,而不是行,提高了可拉伸超级电容器的性能。
 
在这项研究中,研究人员展示了他们在这一点上的工作成果,制造了一个邮票大小的超级电容器,可以携带超过2伏电压。当4个超级电容连接在一起时,就像许多设备需要AA或AAA电池一样,超级电容可以为2伏卡西欧手表供电一个半小时。
 
使柔性超级电容器、玻璃和他的研究小组首先森林生长碳纳米管——一片数以百万计的纳米管直径15海里,20-30μm高-在硅片上:宽度最小的细菌和动物细胞它感染的高度。
 
然后,研究人员在碳纳米管森林的顶部涂上一层薄薄的金纳米膜。这层金层就像一种电收集器,将设备的电阻降低一个数量级,使设备能够更快地充放电。
 
随后,Glass将工程流程交给Cao, Cao将碳纳米管林转移到基材为金底朝下的预拉伸弹性体基板上。然后将充满凝胶的电极放松,让预应变释放,使其缩小到原来大小的四分之一。这个过程会将薄薄的一层金压碎,并将碳纳米管森林中的“树木”压碎。
“这种褶皱大大增加了在一小块空间内可用的表面积,从而增加了它所能容纳的电荷量,”Glass解释道。“如果我们有世界上所有的房间来使用,一个平面就可以了。但如果我们想要一个超级电容器,可以用于真正的设备,我们需要使它尽可能小。”
 
这些森林状的碳纳米管是在弹性材料基板上制造的,基板被预先拉伸一个方向,然后允许收缩。
 
这些森林状的碳纳米管是在弹性材料基板上制造的,基板被预先拉伸一个方向,沐鸣测速地址然后允许收缩。这一过程创造了可拉伸的超级电容器,在更少的空间里容纳更多的电荷,即使拉伸到原来大小的8倍也能保持功能。
 
然后在超密的森林中填充凝胶电解质,可以在纳米管表面捕获电子。当最后两个电极夹在一起时,施加的电压使一侧的电子负载,而另一侧的电子被抽干,形成一个充电的超级可拉伸超级电容器。
 
曹说:“我们还需要做一些工作来建立一个完整的可伸缩的电子系统。”“在这篇论文中展示的超级电容器还没有达到我们想要的程度。但有了这个强大的可拉伸超级电容器的基础,我们将能够把它集成到一个由可拉伸导线、传感器和探测器组成的系统中,从而创造出完全可拉伸的设备。”
 
研究人员解释说,可伸缩超级电容器可以自己为一些未来的设备供电,或者它们可以与其他组件结合以克服工程上的挑战。
 
例如,超级电容器可以在几秒钟内充电,然后缓慢地给作为设备主要能量来源的电池充电。这种方法已被用于混合动力汽车的再生制动,在这种情况下,能量产生的速度比储存的速度要快。
 
超级电容器提高了整个系统的效率——或者就像日本之前证明的那样,可以为城市通勤的公交车提供动力,在每一站完成一次完全的充电,在很短的时间内完成乘客的装卸。
 
“很多人想把超级电容器和电池连接在一起,”格拉斯说。“超级电容器充电速度快,可以承受数千次甚至数百万次的充电,而电池可以储存更多的电量,因此可以使用很长时间。”把它们放在一起会给你带来两全其美的感觉。它们在同一个电气系统中有两种不同的功能。”