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奈米線電極催生更佳的超級電容器

公告類型: 奈米新知
點閱次數: 362
 (2015/04/12)

印度科學家最近發現一種新型電極,有機會推動發展更高效、更輕量的超級電容器(supercapacitor)。此電極採用由鐵與鎳奈米線組成的混合結構,能讓儲存大量電能的大型電容器提高電容值、電流密度與充電/放電速率。研究人員表示此電極的生產過程便宜又環保,將來可望用於製造超級電容器,為行動電話或甚至電動車等各種裝置充電。

超級電容器可透過電化學反應使電子與離子在兩電極與電解質間的界面進行交換,造成正負電荷分離來儲存能量。這類裝置結合了電池的大規模能量儲存及傳統電容器的快速充電與高壽命特質。原則上,超級電容器應該可用來製造數分鐘內即可完成充電的電動車,或是數秒內就充電完畢的行動電話,然而目前的超級電容器卻比儲存相同能量的傳統電池體積更大、更笨重。

上述由玻色基礎科學國家中心的Ashutosh Singh與其同儕發現的電極具有兩部份的奈米結構,分別是導電鐵-鎳內核及氧化鐵-氧化鎳複合外殼。此電極的製造分為兩階段:首先透過電鍍一塊多孔陽極氧化鋁模板來製備鐵-鎳奈米線陣列,接著溶解掉模板,讓奈米線在450°的高溫下短暫暴露於氧氣中,形成圍繞著鐵-鎳內核的多孔氧化鐵-氧化鎳複合外殼。

Singh指出,這種核/殼奈米結構的優點在於多孔外殼提供氧化還原反應非常大的作用面積,同時縮短離子擴散所需的距離,而鐵-鎳內核則提供高導電通道讓電子傳輸。

研究人員表示這種電極設計的初步測試結果良好。與非複合式鐵/氧化鐵或鎳/氧化鎳電極相比,新的電極設計擁有較高的電容值,約達1,415 F/g,充電/放電速率約為2.5 A/g,電流密度更遠高於鎳或鐵架構的非混合式電極。此外,此電極在3,000次充放電循環後,仍保有95%的原始電容。

該團隊目前已開始根據此複合式電極設計研發可正常運作的超級電容器,後續將測試裝置的運作效能與溫度穩定性。預計在810個月內開發完成的超級電容器,並尋求商品化的可能性。詳見近期出刊的Journal of Applied Physics | DOI:10.1063/1.4913218。


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1024
譯者/譯者服務單位:洪士傑/奈米科學網特約譯者   責任編輯:蔡雅芝
發布日期: 2015/04/15
發布人員: 王芊樺