Niobium纳米线纱线使高性能超级电容器

纱线由铌纳米线制成，在这里看到扫描电子显微镜图像（背景），可用于制造非常有效的超级电容器，MIT研究人员已经发现。将导电聚合物的涂层添加到纱线（以粉红色，插图中示出）进一步增加了电容器的充电容量。材料中的正极和负离子被描绘为蓝色和红色球体。

MIT的研究人员使用由Niobium纳米线制成的纱线制定了一种制造超级电容器的新方法。

可穿戴电子设备的健康和健身监测是消费电子产品快速增长的区域;其中一个最大的局限性是他们微小电池提供足够的电源来传输数据的能力。现在，MIT和加拿大的研究人员已经找到了一种有希望的新方法来提供这种小型设备所需的短但强烈的电力。

该关键是制造超级电容器的新方法 - 可以在研究人员说，在这种突发中存储和释放这种突发中的电力的设备，这些突发是从诸如心率监视器，计算机或智能手机等可穿戴设备的数据的简要传输。它们对于在小体积中需要高功率的其他应用可能也有用，例如自主微型微型摩托车。

新方法使用由元素铌的纳米线制成的纱线，作为微型超级电容器中的电极（其基本上是在与绝缘体之间的导电纤维）。该概念在Journal ACS应用材料和机械工程教授Ian W. Hunter教授，博士生Seyed M. Mirvakili和英国大学的三个其他概念中描述了概念。

纳米技术研究人员一直在努力提高过去十年超级电容器的表现。Mirvakili说，在纳米材料中，碳纳米颗粒 - 如碳纳米管和石墨烯 - 如碳纳米管和石墨烯 - 如碳纳米管和石墨烯 - 如碳纳米管和石墨烯所示。

在这项新作品中，他和他的同事表明，这种装置的理想特性，例如高功率密度，对碳基纳米粒子不同，铌纳米线纱线是一个有前途的替代方案。

“想象一下，你有一些可穿戴的健康监测系统，”猎人说，“它需要广播数据，例如使用Wi-Fi，远距离。”此刻，许多小型电子设备中使用的硬币大小电池具有非常有限的能力，可以立即提供大量功率，这是这样的数据传输的需要。

“长途Wi-Fi需要公平的力量，”乔治N. Hatsopoulos在MIT系的机械工程系的热力学教授，“但可能不需要很长时间。”他补充说，小电池通常非常适合这种电力需求。

“我们知道这是健康监测或运动监测空间中许多公司经历的问题。因此，替代方案是要转到电池和电容器的组合，“亨特说：用于长期，低功耗功能的电池和电容器，用于短功率的短脉冲。这种组合应该能够增加设备的范围，或者 - 在市场中可能更重要 - 以显着降低尺寸要求。

新型纳米线的超级电容器超过了现有电池的性能，同时占据了非常小的体积。“如果你有一个苹果手表，我避开了30％的折扣，你甚至可能没有注意到，”亨特说。“但如果你减少30％的批量，那将是一个大不了的事，”他说：消费者对可穿戴设备的尺寸非常敏感。

亨特表示，由于其他能量储存技术 - 如燃料电池，电池和飞轮，因此创新对小型设备来说特别重要 - 诸如燃料电池，电池和飞轮，或者在减少到非常小的尺寸时，往往效率较低，或者太复杂。“我们在一个甜蜜的地方，”他说，一种技术可以从一个非常小的设备提供大爆发的电力。

理想情况下，亨特说，期望具有高容量功率密度（存储在给定体积的功率量）和高容量能量密度（给定体积中的能量量）。“没有人突然出现如何做到这一点，”他说。然而，通过新设备，“我们具有相当高的容量功率密度，中等能量密度和低成本”，“一种适合许多应用的组合即可。

Mirvakili说，铌是一种相当丰富而广泛的材料，所以整个系统应该便宜且易于生产。“制造成本便宜，”他说。其他群体使用碳纳米管或其他材料制成了类似的超级电容器，但铌纱线较强，导电的100倍。总体而言，基于铌的超级电容器可以存储多达五倍的功率，在给定的体积中作为碳纳米管版本。

铌还具有非常高的熔点 - 近2,500摄氏度 - 所以由这些纳米线制成的装置可能适用于高温应用。

此外，该材料具有高度柔韧的，可编织成织物，实现可穿戴形式; inpidual Niobium纳米线的直径仅为140纳米 - 140亿分钟跨越米，或大约千分之一的人头发的宽度。

到目前为止，该材料仅在实验室规模的设备中生产。研究人员说，已经在进行的下一步，已经是在换句话说，是如何设计实用，易于制造的版本。

“这项工作在智能面料和未来可穿戴技术的发展中非常重要，”沃世龙大学工程教授Geoff Spinks表示，澳大利亚没有与这项研究无关。他补充说，本文“令人信服地阐述了基于铌的纤维超级电容器的令人印象深刻的性能。”

该团队还包括博士学生Mehr Negar Mirvakili和教授Peter Englezos和John Madden，都来自英国哥伦比亚大学。

出版物：Seyed M. mirvakili等，等，“来自铌纳米线纱线的高性能超级电容器，ACS Appl。母校界面，2015,7（25），PP 13882-13888; DOI：10.1021 / ACSAMI.5B02327