马里兰大学马里兰纳米中心的研究人员开发了新的系统，用于存储来自替代来源的电能，在某些情况下，这些电能的效率是市场上的10倍。
为了节省资金和能源，许多人购买混合动力电动汽车或在家中安装太阳能电池板。但两者都存在问题 - 存储电力和能源的技术不足。
适合汽车的电池系统不能保持足够的能量来驱动距离，但需要数小时才能充电，并且不会为加速提供足够的动力。太阳能和风能等可再生能源仅在兼职时提供大量电力，但存储能源的设备价格昂贵且效率太低，无法为浪涌需求提供足够的电力。
马里兰大学马里兰纳米中心的研究人员开发了新的系统，用于存储来自替代来源的电能，在某些情况下，这些电能的效率是市场上的10倍。他们的研究结果可在最近一期的Nature Nanotechnology中找到。
“太阳能和风能等可再生能源提供时变，有些不可预测的能源供应，必须捕获并存储为电能直到需求，”马里兰大学纳米中心主任Gary Rubloff说。“用于存储和输送电能的常规设备 - 电池和电容器 - 无法实现高能量密度，高功率和快速充电的必要组合，这对我们的能源未来至关重要。”
与Rubloff教授及其合作者Sang Bok Lee教授合作的研究人员已经开发出一种显着提高电能存储设备性能的方法。
利用纳米技术的核心新工艺，他们创造了数百万个相同的纳米结构，这些纳米结构的形状适合于将电子作为电子快速传送到存储它们的非常大的表面区域。材料的行为符合自然的物理定律。马里兰州的研究人员利用这些行为的不寻常组合(称为自组装，自限性反应和自我对齐)来构建数百万 - 最终数十亿 - 微小的，几乎相同的纳米结构，以接收，存储和传递电能。
“这些设备利用材料，工艺和结构的独特组合来优化能源和功率密度 - 这些组合结合起来，构建可行的下一代技术，并围绕它，这是一个重要的新部门。科技经济，“Rubloff说。
“电能存储系统的目标是同时实现高功率和高能量密度，使设备能够保持大量能量，以高功率提供能量，并快速充电(补充高功率)，”他继续。
电能存储设备分为三类。电池，尤其是锂离子电池，会储存大量能量，但无法提供高功率或快速充电。电化学电容器(ECC)也依赖于电化学现象，以相对较低的能量密度为代价提供更高的功率。相反，静电电容器(ESC)通过纯物理方式操作，在两个导体的表面上存储电荷。这使它们能够实现高功率和快速充电，但代价是能量密度较低。
马里兰州研究团队的新设备是静电纳米电容器，可显着提高此类设备的储能密度 - 比商用设备高出10倍 - 而不会牺牲传统特性提供的高功率。这一进步使静电设备达到了与电化学电容器竞争的性能水平，并为下一代电能存储的候选领域引入了新的参与者。
这些新的纳米器件将出现在哪里?Lee和Rubloff强调他们正在开发大规模生产技术，因为这些设备可能看起来像薄板，类似于太阳能电池板或我们到处看到的平板显示器，以低成本制造。多个储能板将在汽车电池系统或太阳能电池板内堆叠在一起。从长远来看，他们预见到同样的纳米技术可以提供新的能源捕获技术(太阳能，热电)，可以与制造业中的存储设备完全集成。
这一进展是在另一项成就之后不久发生的，电化学电容器(ECC)的性能(能量和功率)显着提高，因此，Lee的研究小组最近在化学学会杂志上发表了“超级电容器” 。正在努力实现锂(Li)离子电池的能量密度的可比较的进步，但具有更高的功率密度。
“马里兰大学的成功建立在广泛的纳米科学和技术领域的专家与已经在能源研究中心的研究人员的融合和协作的基础上，”Rubloff说。
研究小组
Gary Rubloff是马里兰大学A. James Clark工程学院材料科学与工程系和系统研究所的Minta Martin工程教授。Sang Bok Lee是化学与生命科学学院化学与生物化学系副教授，韩国KAIST(韩国高等科学技术学院)WCU(世界一流大学计划)教授。Lee和Rubloff是为马里兰州能源捕获，发电和存储开发纳米技术解决方案的更大团队的一员。他们在电能储存方面的合作者包括马里兰州教授Michael Fuhrer(物理学)，Maryland Nanocenter Reza Ghodssi(电气和计算机工程)副主任，John Cumings(材料科学工程)，