可在幾秒鐘內充滿電的鋰電池替代品——氧化鎢納米線超級電容器

鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。隨著科技的發(fā)展，鋰離子電池的應用幾乎已覆蓋了我們的生活，例如智能手機，平板電腦，筆記本電腦，游戲控制器，無繩電動工具，美容產品，數(shù)碼相機，攝像機，汽車等等都依賴于鋰離子電池。

鋰離子電池確實很好用。不過它們也有著自己的短板，鋰離子的充電時間和安全性能一直是人們關注的話題，也因此，科學家不斷在尋找能取代鋰離子電池的替代產品，只是開發(fā)出兼具成本和性能和產品并不是那么容易，但終是有不少的突破，例如超級電容器。

與通過化學過程儲存能量的鋰離子電池不同，電容器使用靜電儲存能量。打個簡單的比方，當你把衣服拿出烘干機時，當你的衣服粘在一起時，就會產生靜電，而電容器可以吸收和儲存這些靜電。說到這，您就該知道超級電容器可以用在哪里了？例如我們的混動汽車，當剎車或行駛中產生電能，就可以利用超級電容器將其吸收儲存，然后再回用到汽車的動力系統(tǒng)中去，電容器的特征明顯比鋰離子電池更適合用于混動汽車。

電容器比鋰電池作為能量存儲裝置具有一些顯著的優(yōu)點。例如，它們的充放電速度更快，重量更輕，不會磨損得更快，而且不含有毒和危險的化學物質。超級電容器可以存儲比常規(guī)電容器多數(shù)量級的能量，是一種性能介于物理電容器和二次電池之間的新型儲能器件，兼有物理電容器的功率密度大和二次電池的能量密度高的特點，此外，超級電容器還具有效率高、循環(huán)壽命長等顯著特點。未來在電動汽車、信息通訊、特種航天及特種等領域具有廣泛的應用前景。

但制造大容量的超級電容器也并不是想象中那么容易，如果早就能突破就沒有鋰電池什么事了。得益于納米技術的進步，越來越多的新材料浮出水面。近來，美國佛羅里達大學的研究人員研發(fā)了一種由氧化鎢納米線制成的超級電容器，納米線由一個一維核心（高度單晶三氧化鎢制成）包裹著兩個二維殼體（由二硫化鎢制成）。

氧化鎢納米線是一種一維材料，由于材料維度的降低和結構特征尺寸的減少，與傳統(tǒng)的材料相比，一維納米材料呈現(xiàn)出更加新穎的電、磁、光、熱等物理和化學特性，也因此，氧化鎢納米線與傳統(tǒng)的氧化鎢材料相比具有更大的比表面積。這些納米線超級電容器解決了尺寸問題。納米級材料的至少一個尺寸小于約100納米，比人類頭發(fā)的直徑小約100,000倍。您可以將數(shù)百萬納米線放入手機中鋰離子電池占用的相同體積中。

所以，結合數(shù)百萬納米線產生超級電容器，其性能使其成為鋰離子電池的理想替代品。例如，它們充電和放電速度非常快。成功合成氧化鎢納米線的科學家認為，新型的超級電容器充電速度非常快，以至于配備納米線超級電容器的電子設備可以在幾秒鐘內充電，充電時間可以持續(xù)超過正常使用一周，快速放電率將使配備納米線超級電容器的汽車比配備鋰離子電池的電動汽車加速更快。

另一個優(yōu)勢是納米線超級電容器不會像鋰離子電池一樣磨損（就如電腦機械硬盤和固態(tài)硬盤的不同）。平均鋰離子電池可持續(xù)1,000至1,500次充電周期。但納米線超級電容器經(jīng)歷了30,000次充電循環(huán)后性能沒有下降。如果所有這些都不夠讓你心動，那么納米線超級電容器還可用于柔性基板上，可以模制成所需的形狀或納入可穿戴設備，或可拆疊可彎曲的薄膜手機的能量供應，這些現(xiàn)在看上去很酷炫的科技真有可能出現(xiàn)。總之，在這個發(fā)展階段，納米線超級電容器是未準備好商業(yè)化概念證明。