我國(guó)科學(xué)家在高密度介電儲(chǔ)能領(lǐng)域取得新突破

記者從南京航空航天大學(xué)獲悉，該校李偉偉教授與清華大學(xué)南策文院士等共同研制出一種新型介電儲(chǔ)能材料，其能量密度是主流商用介電儲(chǔ)能材料的數(shù)十至數(shù)百倍，有望成為下一代高功率脈沖技術(shù)的核心器件。國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》4月11日在線發(fā)表了相關(guān)成果。

李偉偉介紹，介電儲(chǔ)能電容器在生活中隨處可見(jiàn)，它能夠瞬間釋放能量，是名副其實(shí)的“功率倍增器”。小到集成電路板、心臟除顫儀，大到新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電站，都有它的身影。

目前，受傳統(tǒng)材料的電化學(xué)性質(zhì)所限，主流商用電容器存在功率密度與能量密度不可兼得的矛盾。“也就是說(shuō)，雖然它們的功率密度高，但能量密度低，容易被擊穿。我們想研究一種功率密度與能量密度都高的新材料，它能在快速充放電的同時(shí)保證安全性。”李偉偉說(shuō)。

歷經(jīng)三年多的探索，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種樹(shù)枝狀納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，并據(jù)此研制了邊長(zhǎng)5毫米的新型介電儲(chǔ)能材料樣品，其上分布著若干儲(chǔ)能單元，每個(gè)單元的直徑30微米。實(shí)驗(yàn)中，樣品瞬時(shí)放電僅需3.3微秒，充放電循環(huán)達(dá)100億次，在零下100攝氏度至零上170攝氏度的環(huán)境中，仍能穩(wěn)定工作。

“更重要的是，樣品的能量密度達(dá)到每立方厘米215.8焦耳，而主流商用電容器的能量密度僅為每立方厘米1.2焦耳至5焦耳。”李偉偉表示，下一步團(tuán)隊(duì)計(jì)劃研制尺寸更大的硅基電容器，向著產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)穩(wěn)步邁進(jìn)。（記者陳席元）