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新型炭材料創(chuàng)下儲(chǔ)能紀(jì)錄 有望推動(dòng)超級(jí)電容發(fā)展

科技日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2023-11-24 14:09:24  作者:張佳欣

  在機(jī)器學(xué)習(xí)的指導(dǎo)下,美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)紀(jì)錄的炭基超級(jí)電容材料,它儲(chǔ)存的能量是當(dāng)前最佳商業(yè)材料的4倍。用這種新材料制造的超級(jí)電容器可儲(chǔ)存更多的能量,從而改善再生制動(dòng)系統(tǒng)、電力電子設(shè)備和輔助電源。相關(guān)論文發(fā)表在新一期《自然-通訊》雜志上。

  研究人員表示,他們創(chuàng)造了一種具有增強(qiáng)的物理化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)的炭材料,將炭基超級(jí)電容的儲(chǔ)能界限推向了新的水平。這是有記錄以來(lái)多孔炭的最高存儲(chǔ)容量,是一個(gè)“真正的里程碑”。

  商用超級(jí)電容有兩個(gè)電極,即一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極,它們是分開(kāi)的,并浸泡在電解液中。在電解液和炭之間的界面上,雙電層可逆地分離電荷。制造超級(jí)電容電極的首選材料是多孔炭。這些孔為存儲(chǔ)靜電電荷提供了很大的表面積。

  新研究中,研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí),建立了一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練,以開(kāi)發(fā)一種用于能量輸送的“夢(mèng)想材料”。該模型預(yù)測(cè),如果炭與氧和氮摻雜,炭電極的最高電容將達(dá)到每克570法拉。

  于是,研究人員設(shè)計(jì)了一種非常多孔的摻雜炭,它可為界面電化學(xué)反應(yīng)提供巨大的表面積。隨后,他們合成了一種用于儲(chǔ)存和傳輸電荷的新材料——富氧炭框架。

  合成材料的電容為每克611法拉,是典型商業(yè)材料的4倍。這種材料的表面積是有記錄以來(lái)最高的炭基材料之一,每克重量的表面積超過(guò)4000平方米。團(tuán)隊(duì)表示,這項(xiàng)研究有可能加速超級(jí)電容用炭材料的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。(科技日?qǐng)?bào) 張佳欣)




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