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 編者按：采用一種小型工程材料(也稱(chēng)為超材料)，研究人員改變了介電電容器以增加其存儲(chǔ)容量，同時(shí)也提高了電荷效率，意味著該電容器可以承受更高的電壓。


據(jù)外媒報(bào)道，當(dāng)涉及到增加電存儲(chǔ)效率和電擊穿強(qiáng)度(即電氣系統(tǒng)在更高電壓和更高溫度下運(yùn)行的能力)時(shí)，傳統(tǒng)上講，其中一個(gè)的增加會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)的降低。為此，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)(Penn State)的研究人員在電氣工程教授Qiming Zhang的帶領(lǐng)下，研發(fā)了一種可擴(kuò)展的方法，可以依靠工程材料同時(shí)改善這兩種性能。

研究人員改變了一種用于存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)能量、且通常用于電子和電力系統(tǒng)的設(shè)備——介電電容器。采用一種小型工程材料(也稱(chēng)為超材料)，研究人員改變了介電電容器以增加其存儲(chǔ)容量，同時(shí)也提高了電荷效率，意味著該電容器可以承受更高的電壓，在148.88攝氏度(300華氏度)以上的工作條件下，幾乎不會(huì)造成能量損失。

雖然其他研究人員也已經(jīng)能夠在介電電容器上做到這一點(diǎn)，但是往往成本太高，難以推廣到實(shí)際產(chǎn)品上。

Zhang教授表示：“我們所做的是利用納米摻雜劑的界面效應(yīng)，用極少量的摻雜劑就可提高存儲(chǔ)效率和電擊穿強(qiáng)度，從而降低成本。很多人都認(rèn)為需要利用填補(bǔ)電容器的填料來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的儲(chǔ)能效率，但是我們證明，只使用非常少量的填料以及低成本的材料，就可以實(shí)現(xiàn)最大的擊穿強(qiáng)度，從而能夠?qū)⒊杀颈３衷谳^低水平，也使其具備高度可擴(kuò)展性。”

增加電容器的電擊穿強(qiáng)度將使該裝置能夠在系統(tǒng)不發(fā)生故障的情況下承受更高的溫度，這也是電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)鉆頭以及電網(wǎng)等許多電子和電氣系統(tǒng)希望具備的一個(gè)重要特點(diǎn)。

Zhang表示：“現(xiàn)在，混合電動(dòng)汽車(chē)采用的電容器由BOPP材料制成，在80攝氏度(176華氏度)的溫度下，也可以工作得很好。不過(guò)，汽車(chē)會(huì)變得非常熱，需要采用冷卻劑，增加了車(chē)輛的成本，也增加了重量?，F(xiàn)在，采用此種尺寸更小的超材料用于新型電容器，以替換現(xiàn)有的電容器，就無(wú)需擔(dān)心冷卻問(wèn)題，因?yàn)樗梢詰?yīng)對(duì)更高的溫度。”

用于深度鉆探的設(shè)備也可從此種尺寸更小、價(jià)格更低、溫度閾值更高的電容器中受益。而電網(wǎng)也可從該項(xiàng)新技術(shù)中受益，特別是可以提升能源效率以及提高電擊穿強(qiáng)度。

原標(biāo)題：超材料可增強(qiáng)電容器儲(chǔ)能效率與電擊穿強(qiáng)度 以降電動(dòng)汽車(chē)成本