英国萨里大学推动研发亲水聚合物超级电容器
文摘
2022-01-03 22:22
萨里大学和布里斯托大学的研究人员正在研究创新设备，用以储存来自风能和太阳能等不可预测来源的无碳可再生能源。![]()
通过电解水由可再生电力制成的氢气是最好的环保中性化学燃料，可以直接用于燃气锅炉，来加热燃气发电站以及许多运输系统。(2)可再生电力储存在环保的电解电池中，而不是普通电池中。普通电池虽然非常有效，但依赖稀有、昂贵且具有潜在危害的化学物质。萨里大学化学系正与布里斯托大学的Ian Hamerton教授，David Fermin教授以及位于萨里科技园的创新科研公司Superdielectrics有限公司合作，改造最初被开发用作隐形眼镜的简单亲水聚合物，以实现第二个关键的能量存储过程。20年前，Donald Highgate博士（现Superdielectrics有限公司科研总监）曾在萨里大学利用化学的魔力取得了首个突破，将简单的隐形眼镜型聚合物转化为离子传导膜，研制出一种新型的高效电解槽，能够将水分离成氢气和氧气。这是第一个基于亲水聚合物的关键储能技术。如今，萨里大学化学系的一支科研团队由Brendan Howlin博士带队，与Superdielectrics有限公司以及布里斯托大学复合材料学院和化学学院并肩工作，基于进一步改进的亲水聚合物技术，引领新型超级电容器的研发。亲水聚合物的这些研发，旨在使它们具有电活性，是下一代超级电容器设计的后盾，这种超级电容器可以让电动汽车在几分钟内完成充电。
尽管锂离子电池相比其诸多前身有了巨大的进步，使我们能够随身携带手机，驾驶电动汽车，但仍然存在重大缺陷，阻碍了减少碳排放的进展。锂离子电池充电和放电的化学过程需要很长时间，并且其结构需要稀有和昂贵的元素。锂离子电池的性能非常依赖于温度（即冬天性能不佳），在使用中还会退化。这意味着，无论是在制造过程中，还是在处置过程中，锂电池都会对环境产生重大影响。相比之下，超级电容器以电场的形式储存能量，这样就可以非常快速地充放电，因为在储存过程中化学反应不依赖时间或温度。萨里大学和布里斯托大学正在研发的新颖设计可以使用普通材料廉价制造，并且几乎可以无限地重复使用。在大批量生产时，使用常用材料的能力对于消除资源瓶颈以及在制造过程中和电池寿命结束时实现最小的环境足迹至关重要。
萨里大学的研究人员参与由Hamerton教授和Howlin博士共同主导的新型改良亲水聚合物的发明之时，他们正在研究这种新型聚合物的潜力。研究人员发现这种聚合物具有非凡的储电能力。通过将其用作超级电容器的隔膜，与商用超级电容器相比，已经能够将超级电容器的关键性能（电容）提高十倍以上。目前，研发正在紧锣密鼓地进行，有望取得进一步进展。
可再生能源的时变性意味着储存对于保证稳定的电力供应至关重要。连接到风力和太阳能发电场的超级电容器一直被视为解决方案，但这项技术还不够先进。Superdielectrics有限公司委托萨里大学和布里斯托大学开展的这项研究，是希望为该研究开发商业应用，意味着这一至关重要的解决方案迫在眉睫。超级电容器也是汽车快速充电的解决办法，因此，这项研究有可能朝着更绿色的世界迈出非常重要的一步。
