巨电容器——颠覆锂电王朝的技术来了?

上世纪70年代石油危机催生的锂电池技术,被视为最伟大的工业发明之一。锂电池作为当今最主要的便携式能源,影响着人们生活的方方面面,改变了人类的生活方式。如果没有锂电池,就不会有如今的便携或穿戴式设备、手机、电动汽车、无人旋翼机等等。古迪纳夫(John. B. Goodenough)等三位教授,也因就锂电池的发明做出了奠基性贡献而荣获 2019 年诺贝尔化学奖。

然而锂电池并非完美。安全隐患、能量密度及充放电速率(功率密度)依然偏低、寿命偏短等,是锂电池的重大痛点。如现代主流锂电池的能量密度接近 300Wh/kg,而汽油的能量密度约 13000 Wh/kg,是锂电池的 40 多倍,且充电比加油的时间又长很多,使电动汽车在续航里程、便利性等方面较燃油汽车仍有不少差距。因此下一代电能存储器件的开发成为业界竞争的焦点,是否会有一种能使安全性、寿命、能量密度、功率密度等性能全面提升的产品?超级电容器作为潜在技术路线之一,曾被寄予厚望。美国《探索》杂志 2007 年 1 月号刊,将其列为当时世界七大技术发现之一,认为这将是电能储存领域的一项革命性发展。

典型电容器具有两导电极板间夹一层介电质材料的三明治结构,与电池的电化学工作原理不同,它是静电物理储能器件。当在两极板间施加电压充电时,其中一个的表面会积聚正电荷,另一个相应积聚起负电荷。与电池类似,电容器经外部电路的负载连接两极板就会产生电流放电。电容器不仅寿命长且功率密度极高,能以比锂电池大得多的电流快速充放电。其能量密度 D 正比于极板间电压的平方 V² 和介电质材料的相对介电常数 k,即 D∝kV²。因安全性等各种因素制约电压一般不可太高,能量密度实际上主要取决于介电质材料的 k 值。现有“高k”材料的k值在几百到几千(即×10²~10³),能量密度最高仅为锂电池的1%左右,这是其重大缺点。而所谓超级电容器,则利用具有超高等效 k 值的先进介电质或电解质形成双电层电容,甚至把电化学性质的“赝电容”也加持进去,等效 k 值可高达几万乃至几十万(×10⁴~10⁵), 能量密度最高可为锂电池的几分之一乃至相当。但可惜,人们至今尚未见到超级电容器对锂电池的颠覆性前景。

笔者近期从国家专利局网站了解到,一项名为《复相钛酸铷功能陶瓷材料及其制备方法》的授权中国发明专利,披露了一类新型巨介电质新材料以及基于其的巨电容技术,让人看到了电容器储能应用的新曙光。该专利发明了一类包含被称为 n-钛酸铷(Rb₂Tiₙ O₂ₙ₊₁)的复相钛酸铷功能陶瓷材料,在电学及电化学等方面具有远超现有技术水平的不寻常特性,如常温下高达 10⁹级的巨大 k 值伴随着相对低的介电损耗,以及优良的绝缘性伴随着 10ˉ³S/cm 级的离子电导率等。该类新材料为高能量密度的巨电容器提供了巨介电质解决方案,此外在全固态电池的固态电解质、记忆存储单元、电子器件等领域也有着巨大的应用潜力。

该类巨介电质材料的相对介电常数即 k 值,是现有先进水平介电质材料的几万到几十万倍,按电容器能量密度 D∝kV²的关系,意味着采用该类巨介电质的巨电容器,理论上的能量密度也会提高同样的倍数,即达到现有锂电池的成百上千倍!若巨电容器还沿袭了物理储能电容器寿命长(为锂电池的百~千倍)、充放电速率高(为锂电池的十~千倍) 、全固态及结构简单等优点,综合起来,其性能或性价比岂不将远超锂电池?颠覆锂电王朝的技术真的来了吗?

带着疑问和好奇心,笔者通过一些渠道尝试对该新技术做了进一步打探。

首先,利用该专利技术制备的新型固态功能材料样品,以及采用该材料制备的一些纽扣式巨电容器样品,早已送样至某国家级第三方权威检测机构进行了专业检测,该机构所出具的正式检测报告表明,样品的比电容量巨大,材料的介电常数即 k 值,在室温下确实达到了 10⁹级的国际领先水平。

此外信息来源还表明,该类巨介电质材料及巨电容器的研发工作在进一步快速推进,旨在于十四五期间实现产业化。目前的工作已初具如下特征:

① 体积和重量能量密度:器件样品实测值现已达锂电池的 5~10 倍或更高;

② 充放电速率: 为正常电容级,即充满、放完时间均可做到以秒或分钟计;

③ 循环寿命: 为正常电容级,充放电循环以万次计,确保使用寿命≥10 年;

④ 温度特性: 适用温度范围宽广,为-50℃~+120℃;

⑤ 安全性: 全固态器件,不存在易燃易爆物质;

⑥ 环保性: 无污染;

⑦ 经济性: 器件成本可控,不高于锂电池。

结语:

在下一代电能存储器件及系统开发方面,不仅有 LG,三星,宁德时代这样的电池企业,丰田、特斯拉、比亚迪这样的整车企业,还有各种跨行业、高科技、初创及投资类的公司纷纷加码进来。锂电池从上世纪 70 年代到今天,一路上也曾克服过很多技术和其他方面的挑战。而今,各种技术路线百家争鸣,可以预计它们的产业化路径不都会一帆风顺。未来的储能器世界,谁能颠覆锂电王朝?或许答案尚未明了,但基于巨介电质的巨电容器展现出的优异性能,让人似乎感受到了一种脱颖而出的巨大动能。

很多人可能都有一样的体验:什么样的拖把都买过,什么样的吸尘器也都买过,但是最后最后,躺平的原因还是因为人懒。

这可能就是添可洗地机爆红的原因。转评赞抽一台送素乐n9随身手持风扇5个,颜色随机~@微博抽奖平台

不用单独吸尘、不用弯腰、不用提水、洒水;更不用洗拖把、拧拖把、等地板晾干;还能“一次性”洗地毯、清洁瓷砖、清洁木地板……原本彻底清洁地板是要搞两个小时的“大工程”,现在不仅脏污不沾手,而且一次性十几分钟就完成了,最关键的是:能做到前所未有的干净。

它的滚刷在清洁过程中是不断自洁的,绝对不存在把地面的脏东西“全房间抹匀”,极端脏的厨房,也能两分钟搞定。

自清洁功能可能是数万条好评里出现最多的关键词。只需按下“自清洁”按钮,清洁完成后把脏水倒掉,反复三遍,再脏的拖把和污水盒也会变清澈。全程不用碰到垃圾、拖布和脏水!

从功能上说,它是所有清洁工具的整合版,因此,有个朋友在入手添可一个月之后,把家里的蒸汽拖把、吸尘器全部在小区群里送人了。

添可具备吸尘、清除污渍、清洁地板、清洁地毯、清洁瓷砖、自动清洁拖布等一些列功能。能一站式解决家庭所有的地板清洁工作。图片展示了它针对地板、地毯和地砖,应对牛奶、方便面和汤、老干妈、酱油、蜡笔、头发、动力沙等等的效果。

活水清洁系统,净水箱和污水箱分离,边拖边清洁拖布,随时保持洁净。

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【投稿】求拔草赛博女仆三号机
是蹲了很久的裙子,今天出了一点图,心情开始躁动了,怕太冲动所以请姐妹们帮我拔拔草,谢谢大家!
身材是165,52kg,胸83 腰68,黄黑皮
纠结的点:
①不日常,因为这个裙子不穿撑不好看,但是我日常都不穿撑,只能出去玩的时候才可以考虑穿(我的工作是单休的,可以出去玩的时间没有很多)
②害怕布料太厚没有合适的季节穿,坐标河北石家庄,今年感觉一下就热起来了,可以fs出门的天气可能不会太多
③目前还没有具体价格,但是店家说比之前一二号机要高,也就是会大于525
④但是很喜欢这个设计,一点机能的感觉,胸口镂空还有一点欲,单穿内裙也可以,之前买过她家质量也不错

啰嗦打了很多,抱歉耽误了大家时间,希望姐妹们可以给我一点意见,谢谢!!(鞠躬)


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