蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，研究人員開發(fā)了一種復(fù)合材料板，可以作為光伏電芯利用太陽(yáng)能發(fā)電，同時(shí)作為結(jié)構(gòu)性超級(jí)電容器儲(chǔ)存能量。

（圖片來(lái)源：AZOM）

在帶有離子交換可充電電池的電動(dòng)汽車中，這些面板可用于車身結(jié)構(gòu)件，并形成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（HESS）。相對(duì)于傳統(tǒng)電動(dòng)汽車，在1000W/m 2的太陽(yáng)輻照度下，該類復(fù)合板原型每小時(shí)可額外提供4.56%的發(fā)電量和續(xù)航里程。

將太陽(yáng)能超級(jí)電容器作為電動(dòng)汽車車身面板

在電動(dòng)汽車內(nèi)，借助于具有成本效益的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以整合若干種可再生能源，從而提高效率。其中，與燃料電池和電化學(xué)電池相比，超級(jí)電容器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如功率密度更高、充電時(shí)間更短和循環(huán)壽命更長(zhǎng)。

在車頂使用光伏電池來(lái)收集太陽(yáng)能很常見。然而，利用同樣的設(shè)備來(lái)儲(chǔ)存此類能量，或?qū)⒏淖兓旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車領(lǐng)域的游戲規(guī)則。太陽(yáng)能超級(jí)電容器（SSC）是用于收集和存儲(chǔ)太陽(yáng)能的電容器。

碳材料是超級(jí)電容器中最常用的電極材料，其中碳纖維（CF）被證明是雙電層電容器（EDLC）的最佳候選材料。受益于一維性，CF具有優(yōu)越的電荷輸運(yùn)性能，因其纖維表面存在大量氣孔，對(duì)離子具有較高的吸附能力。CF、環(huán)氧樹脂（ER） 等導(dǎo)電聚合物，再加上 ZnO/CuO等金屬氧化物，這類組合可用作高性能SSC的電極。

本項(xiàng)研究

研究人員將薄紙膜夾在ZnO-ER和CuO-ER層之間，以制備具有不同組成的若干種SSC基復(fù)合板原型。紙膜被浸泡在Na2SO4電解質(zhì)中，Na2SO4電解質(zhì)可作為CF電極之間的介質(zhì)。此外，ZnO-ER層和CuO-ER層上都覆蓋了兩層CF片。在存在太陽(yáng)能光子的情況下，CF嵌入式n型電極（ZnO-CF）捐贈(zèng)電子，而CF嵌入式p型電極 （CuO-CF）接受電子。兩個(gè)電極-ZnO-CF和CuO-CF-，和電解質(zhì)Na2SO4形成雙電層超級(jí)電容器。

CuO能夠促進(jìn)ZnO納米結(jié)構(gòu)表面的電子轉(zhuǎn)移，因其具有較大的表面積和高催化活性，同時(shí)也促進(jìn)了反應(yīng)進(jìn)程。因此，合成ZnO/CuO基復(fù)合電極材料，有助于縮短充電時(shí)間。

導(dǎo)電聚合物ER使ZnO/CuO的納米結(jié)構(gòu)更加緊湊，因此電荷儲(chǔ)存時(shí)間更長(zhǎng)，而不會(huì)像傳統(tǒng)電容器那樣放電過(guò)快。借助于導(dǎo)電聚合物，此類電池板還可以利用太陽(yáng)能，將其轉(zhuǎn)化為電能。

觀察結(jié)果

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，隨著ZnO/CuO含量增加，SSC樣品的電導(dǎo)率有所提高。此外，將20gsm的紙浸泡在Na2SO4電解質(zhì)中的樣品，比帶有普通絕緣紙的樣品具有更高的電容量。然而，用普通ER合成的CF電極的導(dǎo)電性降低。通過(guò)增加量子點(diǎn)、能帶間隙中激子產(chǎn)生的效應(yīng)，從而產(chǎn)生特殊的光學(xué)效應(yīng)，促進(jìn)電子輸運(yùn)和收集，并提高有機(jī)SSC的效率。

不同的性能測(cè)試表明，優(yōu)化樣品的能量轉(zhuǎn)換效率為17.78%，開路電壓為0.79 mV，電流密度為222.22 A/m2，電容為11.17 μF/cm2，能量密度為120 Wh/kg，功率密度為29 kW/kg。

在太陽(yáng)能輻照度為1000W/m 2的情況下，充滿電的SSC每小時(shí)可為傳統(tǒng)電動(dòng)汽車額外提供4.56%的發(fā)電量和的續(xù)航里程。在相同的功率輸出下，SSC有可能將電動(dòng)汽車（model 3）的電池尺寸減少10%，重量減輕7.5%。

結(jié)論

研究人員為電動(dòng)汽車HEES開發(fā)了一種優(yōu)化SSC原型面板，可以利用和儲(chǔ)存太陽(yáng)能。該面板儲(chǔ)能系統(tǒng)具有多種功能特性，如減輕重量、儲(chǔ)能/按需供應(yīng)，以及作為絕緣體保護(hù)車身，使其免受外部熱量影響。這些SSC的電極由CF、導(dǎo)電聚合物和ZnO、CuO等金屬氧化物制成。

樣本數(shù)據(jù)表明，此類HEES能夠滿足電動(dòng)汽車及其附件負(fù)載的功率和能量需求，以及在多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)之間精確分配功率。這些SSC有助于提高電動(dòng)汽車行業(yè)的可持續(xù)性、成本效益和能源效率。

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