據(jù)報(bào)道，由日本名古屋大學(xué)（Nagoya University）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組利用納米片技術(shù)開發(fā)了一種先進(jìn)的介電電容器，提供了前所未有的能量存儲(chǔ)密度和穩(wěn)定性。據(jù)稱，這一突破將顯著提高可再生能源的使用和電動(dòng)汽車的生產(chǎn)。

該研究小組由名古屋大學(xué)材料與可持續(xù)性系統(tǒng)研究所（IMaSS）的Minoru Osada教授領(lǐng)導(dǎo)，與日本國(guó)立材料研究所NIMS合作。他們共同開發(fā)了一種納米片器件，顯示出前所未有的能量存儲(chǔ)性能。最新突破性成果已于近期發(fā)表在了《納米快報(bào)》雜志上。

研究人員表示，現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)，如鋰離子電池，具有局限性。這類電池的問(wèn)題包括充電時(shí)間長(zhǎng)、電解質(zhì)降解、壽命縮短、甚至自燃風(fēng)險(xiǎn)等等。

因此，最新研究對(duì)先進(jìn)的電子和電力系統(tǒng)具有重要意義。儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新對(duì)于可再生能源的有效利用和電動(dòng)汽車的大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要。介電電容器是技術(shù)上的重大進(jìn)步，擁有有史以來(lái)最高的能量存儲(chǔ)密度。其他有益的特點(diǎn)包括充電時(shí)間快、輸出高、壽命長(zhǎng)和優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性。

據(jù)了解，介電儲(chǔ)能電容器具有三明治狀結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)由固體介電膜隔開的金屬電極組成。電介質(zhì)是一種通過(guò)被稱為極化的物理電荷位移機(jī)制儲(chǔ)存能量的材料，它是關(guān)鍵。當(dāng)電場(chǎng)作用在電容器上時(shí)，正電荷和負(fù)電荷被吸引到相反的電極上，有利于電能的儲(chǔ)存。

Osada指出，“介質(zhì)電容器具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如充電時(shí)間短，只需幾秒鐘，壽命長(zhǎng)，功率密度高。然而，當(dāng)前電介質(zhì)的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的電能需求。提高能量密度將有助于介電電容器與其他儲(chǔ)能設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)。”

研究人員進(jìn)一步解釋稱，儲(chǔ)存在電介質(zhì)電容器中的能量與極化量有關(guān)。因此，實(shí)現(xiàn)高能量密度的關(guān)鍵是向高介電常數(shù)材料施加盡可能高的電場(chǎng)。然而，現(xiàn)有材料受到其能夠處理的電場(chǎng)量的限制。

為了超越傳統(tǒng)的介電研究，研究小組利用了鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈣、鈉、鈮和氧組成的納米片。

Osada解釋說(shuō):“鈣鈦礦結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是鐵電體的最佳結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗哂袃?yōu)異的介電性能，如高極化。我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)利用這一特性，可以將高電場(chǎng)施加到高極化的介電材料上，并無(wú)損失地轉(zhuǎn)化為靜電能，從而實(shí)現(xiàn)有史以來(lái)最高的能量密度。”

研究結(jié)果證實(shí)，納米片介電電容器在保持相同高輸出密度的同時(shí)，能量密度提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。令人興奮的是，基于納米片的介電電容器實(shí)現(xiàn)了高能量密度，在多個(gè)使用周期中保持穩(wěn)定性，甚至在高達(dá)300°C的高溫下也能保持穩(wěn)定。

Osada說(shuō)：“這一成就為介電電容器的發(fā)展提供了新的設(shè)計(jì)指南，有望應(yīng)用于全固態(tài)儲(chǔ)能器件，而該器件充分利用納米片的高能量密度、高功率密度、充電時(shí)間短（幾秒鐘）、長(zhǎng)壽命和高溫穩(wěn)定性等特點(diǎn)。”

“介電電容器具有在極短時(shí)間內(nèi)釋放儲(chǔ)存能量并產(chǎn)生強(qiáng)烈脈沖電壓或電流的能力。這些特性在許多脈沖放電和電力電子應(yīng)用中是有用的。除了混合動(dòng)力汽車，它們還可用于高功率加速器和高功率微波設(shè)備。”他補(bǔ)充說(shuō)。

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