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  美國賓州大學(xué)(Penn State University)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種方法，能避免高密度超級電容器的電介質(zhì)(dielectric)被擊穿或是泄漏，特別是將超級電容應(yīng)用于混合動力/電動車輛等超高溫環(huán)境；同時還能提升超級電容的能量密度。

  現(xiàn)有的混合動力/電動車輛超級電容解決方案，通常是以雙向拉伸聚丙烯(Biaxially Oriented Polypropylene，BOPP)材料為基礎(chǔ)，這種材料若沒有加裝額外的冷卻裝置，無法耐受車輛內(nèi)部的高溫運作環(huán)境；為此研究人員在設(shè)法增加該種聚合物的介電常數(shù)(dielectric constant)之余，又希望能降低其能量會透過熱的形式散失的特性。

  為了達成目標，研究團隊開發(fā)了一種3D形狀的三明治結(jié)構(gòu)，最頂層與最底層能阻擋來自電極的電賀注入，中央層則是由高介電常數(shù)陶瓷/聚合物薄膜材料混合而成；外部層是在聚合物基體中包含了氮化硼(boron nitride)納米薄片，可以扮演良好的絕緣體，綁住由鈦酸鋇(barium titanate)制作的中央層。

  透過阻擋來自電極的電荷注入，這種獨特的3D形狀三明治結(jié)構(gòu)，能有效地保護聚合物/陶瓷復(fù)合材料內(nèi)的高密度電場不被電介質(zhì)擊穿；根據(jù)賓州大學(xué)研究團隊所發(fā)表的論文，這種解決方案能讓超級電容在高溫環(huán)境下連續(xù)運作24小時，充放電循環(huán)可超過3萬次而性能不墜。

氮化硼納米薄片(藍色與白色的原子)可做絕緣體，保護鈦酸鋇中央層(綠色與紫色原子)在高溫環(huán)境中的運作 （來源：Wang Lab/Penn State）

  與BOPP相較，新的三明治納米復(fù)合材料架構(gòu)──命名為SSN-x，其中x是根據(jù)鈦酸鋇納米復(fù)合材料在中央層所占的比例──展現(xiàn)了相同的充放電能量，而運作溫度可達到150℃；BOPP材料只能達到70℃的運作溫度。

  研究人員強調(diào)，新的SSN-x材料的能量密度是BoPP的數(shù)倍，使其成為電動車甚至航天應(yīng)用的理想選擇，因為在這些應(yīng)用中的超級電容會為了要在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運作，而使得能量儲存性能大幅下降。此外，這種復(fù)合材料不會發(fā)熱，能不必使用笨重且昂貴的冷卻設(shè)備。

  目前賓州大學(xué)的研究人員正在尋找產(chǎn)業(yè)合作伙伴，以進行制造技術(shù)方面的研究，并厘清新材料如何能達到大規(guī)模生產(chǎn)的競爭力。