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日本发布3倍能源电容器

作者:未知  来源:慧聪网   更新:2009-7-14 19:03:44  点击:  切换到繁體中文

 

       东京农工大学研究生学院开发出了单位体积能源密度为20Wh/l的电双层电容器“纳米混合电容器 ”。能源密度约为现有电双层电容器(EDLC)的3倍。如果实用化的话,有望作为再生能源的蓄电装置和混合动力车等的再生装置使用。正极采用与原EDLC 相同的活性炭,负极采用了Li4Ti5O12(钛酸锂),提高了能源密度。另外,通过将Li4Ti5O12的粒径纳米结晶至5~20nm左右后包覆在碳纳米纤维上,较原EDLC缩短了充放电时间。

    该电容器在充电时,锂离子和电子吸附在负极上,进而扩散到电极内形成Li7Ti5O12。放电时通过逆反应释放电子。此前曾发布过通过在负极采用Li4Ti5O12来提高能源密度的 EDLC,不过Li4Ti5O12的电传导率较低,且锂离子的扩散常数较小,吸附并进入负极(intercalation,夹层作用)的速度较慢,因此存在功率密度极小、充放电时间长的缺点。纳米混合电容器通过将Li4Ti5O12纳米粒子化缩短了扩散距离,从而将其与锂离子的反应时间缩短至原来的 1/2000,同时通过使用碳纳米纤维提高了电传导率。这样,充放电时间从原来使用Li4Ti5O12的EDLC时的1.5分钟~1小时左右缩短到了12 秒。比负极使用活性炭的现有EDLC的充放电时间(15秒)还要短。制造负极时,将纳米粒子化后的Li4Ti5O12和碳纳米纤维进行离心力处理,在碳纳米纤维的外部和内部均匀地包覆了Li4Ti5O12。

    可安全、长期地使用

    该电容器的安全性也很高。原因是,负极电压为1.55V,高于电解液的还原分解电压,因此原理上不会引发电解液的气化等。大容量电容器方面,锂离子吸附并进入负极的锂离子电容器已经上市,但存在电压一降低电解液就会产生气化等问题。经验证,该电容器在保证性能的情况下可反复充放电1 万次以上,可靠性也不逊色于现有的EDLC。

    开发是由东京农工大学研究生学院的直井研究室和该院的“电容器科技讲座”(日本嘉美功的赞助讲座)共同开发而成。产品化方面,“今后考虑扩大规模,目前尚未确定”(日本嘉美功基础研究中心功能性材料研究室室长玉光贤次),不过“材料成本基本与现有EDLC相同,如果实现量产的话足以形成竞争”(玉光贤次)。采用了像锂离子电容器一样没有夹层作用的“量产性更高的技术”(玉光贤次),也有利于提高生产效率和降低制造成本。电解液方面,“由于负极电位较小,因此选择的范围很大”(东京农工大学研究生学院教授直井胜彦),今后还将考虑使用离子液体等。

    直井教授等以前一直研究负极采用Ru02(氧化钌)的大容量电容器,“虽然其性能非常高,但材料成本过高。而 Li4Ti5O12的性能和成本均符合实用水平”(直井教授)。目前,负极的Li4Ti5O12的比例为50~70%左右,通过将该比例提高至80%左右,有望进一步提高能源密度。另外,目前新能源产业技术综合开发机构(NEDO)正在推进开发使用碳纳米管的大容量电容器,由于日本嘉美功和东京农工大学也参与了该项目,因此今后还计划把该技术运用到该项目中去。


 

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