几十年来，研究人员和技术人员一直认为电池和电容器是两种不同的能量存储设备——电池以储存更多的能量但释放缓慢而闻名;电容器，用于在较小的喷射中快速放电。
因此，每一种新的储能装置都被归类为其中一种，或与两者之一有某种关系，这取决于使其成为可能的电化学机制。但是，一个国际研究团队，他们是开发和研究储能技术的领导者，现在提出，这些机制实际上存在于平滑光谱中，试图将设备归类为“大于”或“小于”电池或电容器，可能会阻碍该领域的进展。
在最近发表在杂志上的一篇展望论文中自然能源，来自德雷塞尔大学、北卡罗莱纳州立大学、加利福尼亚大学、范德比尔特大学、德国萨尔大学和法国Université Paul Sabatier的研究人员认为，所有的电化学储能机制都存在于电池和电容器之间的连续统一体中。
“我们提出了一种统一的方法，涉及到从纳米密闭空间中电化学电荷存储的‘二元’观点转变为纯粹的静电现象或纯粹的法拉奇现象。”他们写道。“它更应该被视为两者之间的连续过渡，由离子溶剂化和离子-宿主相互作用的程度决定。”
简单地说，光谱的一端是化学键——连接的基本机制，原子水平上的物理链接。另一端是静电吸引，暂时在材料内部和表面捕获离子。
前一种现象被称为法拉迪反应，它赋予电池优异的能量储存能力，并允许它们逐渐释放电荷。但这也是电池充电时间过长的原因。后者更多的是一种短暂的吸引，而不是真正的联系，它能够为相机闪光灯提供能量的快速爆发，以及混合动力和电动汽车制动时的短期能量吸收。
随着储能技术的每一次新发展，无论是电极材料和电解质溶液的新组合，还是物理或化学添加剂来抑制或使离子转移，研究人员都在努力观察和准确表征手边的电化学存储机制。
但作者表示，在许多情况下，这些狭隘的定义既不准确，也无助于定制设备以满足新技术非常具体的储能需求。
“长期以来，在传统电池和超级电容器之间发生的事情一直是一个有争议的话题。”这篇论文的合著者、德雷克塞尔工程学院杰出大学巴赫教授尤里·戈戈西博士说。“所谓的‘伪电容’和混合储能设备已经研究了至少30年，但一些科学家试图完全拒绝伪电容，声称只有这两种极端情况，其他一切都是两种机制并行作用的叠加。”
作者指出，在许多这种混合器件中，离子几乎在电极材料层之间被吸收。在其他情况下，电极中的多孔纳米材料被设计成最大限度地吸收或吸附离子，研究人员看到了更快的能量放电，这可能是由于电解质物质的持久性阻止了离子完全嵌入。
这两个例子都不太理想，但它们的特性被证明是为新技术提供动力的有价值的组合。
“我们希望了解离子脱溶(溶剂分子的剥离离子)及其在确定能量存储机制中的作用，使我们能够在单个储能设备中结合高能量和大功率。”Gogotsi说。“想象一下电池在几分钟内充电——你把手机插进去，几分钟后拔下来，至少可以使用几个小时。对于2D材料，如MXene或石墨烯，我们可以为柔性和可穿戴电子产品制造柔性电池。”
研究人员认识到电化学储能的标准承载者的重要性，无论是作为我们对该领域的理论理解的支柱，还是作为现代技术的推动者。但他们认为，向前发展意味着在中间的某个地方运作，他们认为合适的储能设备可能比更好的电池或超级电容器更有效。
“我们承认存在两种‘理想情况’——电池和超级电容器。这些情况都有方程。有数十亿美元的产业在生产商业设备。但现在我们也知道如何预测、设计和制造在传统极端情况下具有性能的设备。”Volker Presser博士说，他是德国萨尔大学的合著者，也是gogosi在德雷克塞尔大学团队的前研究员。“需要灵活、透明、保形、可穿戴储能、与能量收集相结合的设备以及其他非常规电能供应的新行业将极大地受益于新的敏捷储能。我们正在向电能驱动型经济、物联网和其他可持续应用的新型先进技术迈进。因此，承认并努力将这些新设备描述为一个范围内的存在，而不是处于一个范围的两端，这将是非常重要的。”
除了gogosi，来自北卡罗莱纳州立大学的Simon Fleischmann和Veronica Augustyn;张元，来自萨尔大学;王学鹏，来自加州大学;范德比尔特大学的彼得·卡明斯;吴建忠，来自加州大学;帕特里斯·西蒙，Université保罗·萨巴蒂尔;和萨尔大学的Volker Presser对这项研究做出了贡献。
来源:https://drexel.edu/