[超级电容器的运行时间不长怎么解决]制造带有“呼吸”电极的超级电容器

电动悟空摘录 超级电容器是一种与充电电池相互补充的储能设备，甚至可以部分取代电池。目前，超级电容器的运行时间并不长，受能量密度的影响。据外国媒体报道，该研究小组开发了一种新的制造带有呼吸电极的超级电容器的方法。研究人员解释说，这是从蜥蜴蜴的灵感，当蜥蜴潜入水中时，它们会用气泡呼吸。

(图片来源:onlinelibrary.wiley.com）

超级电容器采用制动能充电，有利于现代有轨电车和公共汽车节能。与可充电电池相比，超级电容器是一能的短跑运动员，可以在很短的时间内产生非常大的电流（高功率密度）；但它不是一个好的长跑运动员，因为即使用电量低，也不会持续很长时间（低能量密度）。现代电能存储设备需要同时具备这两个特性，重量轻。然而，目前提高能量密度的方法总是以功率密度为代价，这是超级电容器发展的绊脚石。

由华东理工大学和牛津大学研究人员组成的团队开始克服这一挑战。它的灵感来自一只小蜥蜴。蜥蜴安乐（Anolis lizard）生活在陆地上，但在潜水寻找食物时也可以在水下呼吸。为此，蜥蜴头上的一层鳞片上有一个气泡。新开发的电极由多孔碳材料制成(直径约3纳米的多孔碳纳米管最适合)。当这种材料浸泡在盐溶液中作为电解质时，也可以附着一层气体。然而，使用的气体不是空气，而是氯。

在超级电容器的充放电过程中，除了通常的电荷分离外，电极还会发生氧化还原反应。充电时，电极将电子转移到氯中，将氯还原为氯离子，进入溶液，即电极呼气；放电时，氯离子被氧化回氯中，使气体返回电极的孔隙，即电极在吸气。

该团队使用多种分析方法证明电极中没有氯气逸出。气体薄层中的快速还原/氧化和快速传质（rapid mass transfer），在保持极高功率密度的同时，大大提高了超级电容器的能量密度。即使经过数千次循环，也能保持相同的高容量水平。