👴🏽 🔮 😒 能量存储方面的突破，还是科学家“虐待”记者的另一种情况？ 🥛 👃 🐇

阅读有关能量存储设备发展的下一个前所未有的突破的最新消息（实际上是在几秒钟内为智能手机的电池充电，30,000个充电/放电周期，而不会损失容量，最重要的是，该容量是现有此类驱动器样本（即超级电容器）的十倍。并且至少不比锂电池差），当然，我不相信它，而是去阅读了资料来源，即科学论文高性能的一体核/壳纳米线超级电容通过电容2D WS2层的形生长启用发表在杂志ACS纳米。

经过她的视线并确保怀疑态度是正确和正确的，首先，我决定在文章和已经在GT上当值的图片下添加一些评论，并将自己局限于此：

但是，尽管阅读了全文，但我认为尽管KDPV上的漫画很公平，但仍然值得关注。还有一些突破和非常有希望的。还有（突破或“科学家治愈了癌症”），我建议读者在熟悉了猫的发明发明的真实参数之后，对其进行独立评估。同时，对于读者提出的一些问题，尤其是这些“纳米技术”如何适用于工业实施（生产）还是有一个有趣的实验室实验，答案是有答案的。

好消息团队

这种新的储能装置是什么样的？实际上，这并不是什么新鲜事物，它属于超冷凝器（电离器）类别，早已为人所知，并在实践中得到了广泛使用。但是科学家设法大大改善了他们的参数。

电离电阻器开发中的主要问题之一是必须同时解决彼此冲突的两个问题：

增加电极的有效面积及其离子电导率，以增加比电容
增加电极的电子电导率以增加比功率并减少驱动器快速充电/放电过程中的能量损失

在现有的古典技术中，一个参数的积累导致另一个参数的显着恶化。近年来，使用纳米技术的发展已经很好地结合了这两种要求，但是它们面临另一个问题-操作过程中形成的纳米结构的快速降解和容量的快速损失。在这方面，有些样品甚至不如普通化学电池（它们只能经受几百次循环）。

这项工作有可能会取得突破，科学家们设法~~进入圣诞树并~~同时在三个参数中同时达到高指标：比容量，比功率和资源。

这是如何实现的？一切的基础都是过渡金属箔（在这种情况下，使用的是钨），它在第二个参数（电极的高电子电导率，因此，高比功率和充电/放电过程中的低损耗）方面提供了高性能。

此外，该箔的表面由涂有相同金属硫属化物的金属氧化物的纳米线（引脚）形成密集的“森林” （在这种情况下，使用硫化钨 -WS ₂）。从示意图上看，它看起来像这样：

图中的棕色表示纯金属，较浅的阴影表示其氧化物，蓝色表示硫族化物。下方的箔纸是有条件显示的-实际上，其厚度要大得多（与“销”的高度相当甚至更大）。

而且，这些都是真正的纳米技术，无引号。因此，这些引脚（或科学家自己称为纳米线）在电子显微镜下看起来：

上面是表面的一般视图，上面生长有纳米线的“森林”。（a）是单独“布线”的侧视图，（b）和（c）是表面视图（红色矩形中的放大片段），在该表面上清晰可见形成在金属氧化物顶部的卤化物膜，（d）是单条布线的横截面，（ f）和（e）是蓝色和绿色指示的放大片段。

这样的纳米结构使我们能够在第一个参数上提供良好的性能：与电解质接触的电极活性表面的大面积，因此，按照超级电容器的标准，具有很高的比容量。

并通过生产方法实现了高稳定性-这些纳米线不喷在表面上，而是从表面生长而来，与之形成单晶结构，从而在操作过程中具有很高的强度/稳定性。在下图（e）中，获得了样品的测试结果：

即使经过30,000次循环，仍以高功率充电+放电（充电大约需要8秒，而整个循环大约需要16秒），容量仍然高于原始容量。在最初的几千个周期中，它甚至由于表面活化（电极有效面积的增长）而增长。在大电流下工作（充电约8秒）时，最大值约为标称容量的125％；在小电流下工作（充电约160秒）时，最大值约为标称容量的150％，并在2500个工作周期后达到。

这种“耐力”远胜于任何“金属”离子电阻器的样品（具有相近的比功率），并且处于最佳经典碳的水平（比功率和容量较差）。

因此，考虑到以上所有这些，我们是否可以说最终发明了每个人都在等待的理想储能设备？

物理，无情的你...

不幸的是没有。像所有电离器一样，这种储能装置也有一个很大的缺点-比电容小。在能力方面，奇迹不会发生，基本的身体限制是允许的。这都是相同的离子电阻器，通过使用双电层并具有相应的限制来存储能量。

特别是，所得元件的工作电压范围非常低：仅为0至0.8伏，这甚至比使用其他技术制造的离子电阻器的典型电压低。如您所知，任何电容器存储的能量取决于最大电压的平方。

电容（以法拉为单位）虽然比大多数类似物高（几倍），但与其他离子电阻器相比，补偿的工作电压要低几个数量级，因此还赶上了化学电池，而典型的电离器则来自化学电池。比容量落后数十倍。下图显示了工作电压范围和比电容（每1 cm ²电极面积的英里电阻）对充电/放电速度的依赖关系：

使用这些参数，至少要等于已经成为标准的长型和商用锂电池，您只需要具备以下条件即可：巨大的电极区域，并使其非常紧凑地包装。

为了进行比较，您可以使用标准尺寸18650（直径18毫米，长度65毫米，重量不超过50克的圆柱体）的锂电池。现在，此类元件的典型实现容量约为3 A * h，平均工作电压为3.7 V，这将为每个元件提供约40000 J的存储能量：3 * 3600 * 3.7 = 39 960J。

超级电容器的工作电压为0.8 V进行存储同样的能量将需要40,000 / 0.8 ² * 2 = 125,000法拉。

为了获得这样的容量，需要每个电极的面积为125000 / 0.05 = 2 500 000 cm ² = 250 m ²。

如果尝试将所有这部分电极装入类似的小体积18650电池中，则将得到一条长度超过4000米的胶带（两个电极各一个），并在两个电极之间使用相同长度的隔板。实际上，这种堆积密度几乎是无法达到的。而且，即使从理论上讲也是无法实现的（如果我们将生长“森林”的基座的厚度设为零且等于零，则电极之间的距离仍将产生比电池大得多的体积）。

实际上，进行这项研究的科学家对此非常了解。他们估计使用类似电极时电容器的比电容约为0.06 W * h / cm ³或216 J / cm ³。这是实践中无法实现的最乐观的估计（限制），因为仅考虑电极本身的体积，不考虑其他所有因素（隔板，电解质，外壳）。在实践中，低于此限制1.5-2倍的能力成就将被视为一个很好的成就。

按照超级电容器的标准，这些仅仅是华丽的参数，总和（容量/功率）超过了所有类似物。下图是与实践中已使用的所有电容器的比较，被认为是生产电容器的有希望的替代技术（正在讨论的选项是一组黑点）：

X轴-比功率，瓦特/厘米³
，Y轴-比容量，瓦特*小时/厘米³
同时，值得注意的是，两个刻度都是对数的，一个大的除数=参数增加了10倍。

但是，与化学电池相比，容量仍然很小。如果我们回想起相同的串联锂电池18650电池，那么其物理体积小于17 cm ³且存储的能量约为40,000 J，其比容量约为2350 J / cm ³。即至少比此开发项目的最大（理论）容量高10倍。如果开始生产，这将比她的实际预期高出15到20倍。以质量（J / kg）计，锂电池的积压会更高。科学家们没有提供有关其工作中的质量比容量的数据，但是很显然，此类元素将很重：宏观层面上的最终元素将是浸有电解质的钨箔折叠得最密集的一卷。

通常，您会立即忘记用于智能手机，平板电脑和其他电子设备的电池，这些电池会在几秒钟内充电。以及用于电动汽车的电池，可在数分钟内充电并拥有大量资源。这些都是新闻工作者的纯粹发明，与现实无关（请参阅KDPV）。对于此类应用，电容很小。

但是，在许多细分市场中，考虑到它们的特性（高比功率和非常大的资源，而不是最差的容量），这样的驱动器可能非常有前途。

例如：

电动汽车（主电池容量小的混合动力或电动汽车，其他电动汽车，如电动自行车）的缓冲驱动，用于再生制动和/或短期“加力燃烧”。保护主电池免受峰值负载或完全不具有主电池的电动汽车的缓冲（燃料电池）。
高功率的中间不间断电源（在主电源出现故障时拾取负载，直到备用发电机启动）。
电力系统中电压和频率浪涌的调节，随着不稳定的可再生能源被广泛引入电力系统中，每年变得越来越重要。

和其他需要高功率密度和频繁开关的类似应用。

会起飞还是不起飞？

这种技术的实际实施将取决于从实验室转移到工业生产的可能性，当然还取决于价格。如果不能确切地说出价格，则大规模生产的前景看起来还不错。与大多数其他纳米技术不同，这种技术永远不会离开实验室的壁垒。这项工作详细描述了电极的生产方法，我发现在行业中很难重复任何特别的事情。

此图显示了一般的生产方案：

电极的生产阶段：

(W). ( «» , , ). 10% ().
650 , 2 . «» (WO₃). , .
, ( ). (850 ) (S). CVD ( ), (WS₂) . 40 .

实际上，这就是所有技术。将两片这样的箔片置于电解质中并形成超级电容器。许多不同的物质都适合用作电解质：特别是，科学家测试了硫酸，氯化锂和氯化钾的溶液。但是大部分测试都是在硫酸钠（Na ₂ SO ₄）溶液中进行的。

尚未发现阻碍工业技术发展的严重障碍。但是，最有可能的是，它的生产将变得相当昂贵，并且在这方面，化学电池也将遭受重大损失，化学电池的生产要简单得多。

要吃零食，请做一个小调查。既然所有细节都知道了而手机没有损坏，那么您认为还有什么呢？

能量存储方面的突破，还是科学家“虐待”记者的另一种情况？

好消息团队

物理，无情的你...

会起飞还是不起飞？

More articles: