在自然界里，黏土豐富而廉價(jià)，卻能成為一種超級(jí)電容器的關(guān)鍵成分。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月3日?qǐng)?bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)科學(xué)家用黏土和一種電解液混合，開(kāi)發(fā)出一種既能當(dāng)電解液又能當(dāng)隔離板使用的“復(fù)合板”，可作為一種新型高溫超級(jí)電容器。相關(guān)論文在線發(fā)表于9月3日的《自然·科學(xué)報(bào)告》上。

“多年來(lái)，研究人員一直想造出像電池和超級(jí)電容器這樣能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的能源存儲(chǔ)設(shè)備，但由于傳統(tǒng)材料本身性質(zhì)的制約，一直未能攻克難題。”萊斯大學(xué)材料科學(xué)家帕里柯·阿加恩說(shuō)，“我們的革新是找到了一種能在高溫下保持穩(wěn)定的、非傳統(tǒng)的電解質(zhì)/隔離板系統(tǒng)。”

他們研究了歐洲和奧地利科學(xué)家于2009年開(kāi)發(fā)的一種室溫離子液(RTILs)。RTILs在室溫下導(dǎo)電性較低，但加熱后黏度會(huì)降低而導(dǎo)電性提高。黏土具有很高的熱穩(wěn)定性、吸附能力和滲透性，活性表面積也很大。通常用在石油鉆探、現(xiàn)代建筑或鋼鐵鑄造中。

研究人員把RTILs和自然界的斑脫土黏土等量混合，制成一種混合膠，將其夾在兩層還原的氧化石墨中間，上下再裝兩個(gè)集電器，就成了一種超級(jí)電容器。經(jīng)測(cè)試和電子顯微圖像顯示，這種材料被加熱到200℃時(shí)也沒(méi)有變化，即使加熱到300℃也只有很小的變化。

“材料的離子電導(dǎo)性在180℃之前幾乎是直線增加，然后在200℃時(shí)達(dá)到飽和。”論文領(lǐng)導(dǎo)作者、萊斯大學(xué)機(jī)械工程與材料科學(xué)系研究人員阿拉瓦·瑞迪說(shuō)。測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，雖然在第一次充/放電中，其容量有輕微下降，但這種超級(jí)電容能穩(wěn)定地通過(guò)1萬(wàn)次周期測(cè)試。在運(yùn)行溫度從室溫提高到200℃后，無(wú)論電能還是功率密度都提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

這種新型超級(jí)電容器擁有最佳的電容性能，能在幾秒鐘內(nèi)充電而瞬間放電，一般的充電電池是緩慢充電，按照需要逐漸放電。理想的超級(jí)電容器能迅速充電、儲(chǔ)電并按需放電。阿加恩說(shuō)，它們能在200℃甚至可能更高的溫度下穩(wěn)定工作。這對(duì)于在極端環(huán)境下使用的充電設(shè)備是非常有用的，比如石油鉆探、軍隊(duì)以及太空環(huán)境。

研究小組還將RTILs/黏土和少量熱塑聚氨酯結(jié)合，制成一種薄膜，可以切割成不同的大小和形狀，靈活適應(yīng)多種設(shè)備的設(shè)計(jì)。

“我們的目的是克服傳統(tǒng)液體或膠體電解液的限制，它們只能用在低溫工作的電化能源設(shè)備中。”瑞迪說(shuō)，“這項(xiàng)研究讓人們能在更廣泛的溫度范圍安全操作，而不必在能量、功率和周期壽命之間折中妥協(xié)，大大改善甚至消除了對(duì)昂貴的熱量管理系統(tǒng)的需求。”