“黑豹?jiǎng)恿Ψ睓M空出世：可應(yīng)用于無人機(jī)、電動(dòng)汽車、航天器等設(shè)備
更新時(shí)間：2022-03-16 16:13:49
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近期，UCF 研究人員為電動(dòng)汽車開發(fā)了一種動(dòng)力套裝，就像漫威漫畫的黑豹所穿的充電動(dòng)力套裝一樣，這種動(dòng)力套裝與鋼一樣堅(jiān)固，比鋁更輕，有助于提高車輛的動(dòng)力容量。該套裝由層狀碳復(fù)合材料制成，由于其納米級(jí)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，可作為一種儲(chǔ)能超級(jí)電容器-電池混合裝置。這一發(fā)展最近出現(xiàn)在Small雜志的封面故事中，并且可以應(yīng)用于一系列需要輕量級(jí)電源的技術(shù)，從電動(dòng)汽車到航天器、飛機(jī)、無人機(jī)、便攜式設(shè)備和可穿戴設(shè)備。“我們的想法是使用身體外殼來儲(chǔ)存能量，以補(bǔ)充儲(chǔ)存在電池中的能量，”該研究的合著者、UCF 納米科學(xué)技術(shù)中心和材料科學(xué)與工程系的教授、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Jayan Thomas 說。“優(yōu)點(diǎn)是這種復(fù)合材料可以減輕汽車的重量并增加每次充電的里程，”他說：“它和鋼鐵一樣堅(jiān)固，甚至比鋼鐵還要堅(jiān)固，但要輕得多。”這種材料在用作車身外殼時(shí)，可以將電動(dòng)汽車的續(xù)航里程增加 25%，這意味著每輛充電汽車可以行駛 200 英里，從而可以額外行駛 50 英里并減輕其整體重量。作為超級(jí)電容器，它還可以提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力，使其在 3 秒內(nèi)從零加速到 60 英里/小時(shí)所需的額外推動(dòng)力。研究合著者、美國宇航局肯尼迪航天中心研究與開發(fā)高級(jí)首席研究員盧克·羅伯森說：“隨著技術(shù)在其就緒水平上的進(jìn)步，這一應(yīng)用程序以及許多其他應(yīng)用程序有一天可能會(huì)出現(xiàn)。”這些材料可以用作立方體衛(wèi)星的框架、外星棲息地的結(jié)構(gòu)，甚至可以用作未來眼鏡的一部分，例如混合現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)。“經(jīng)濟(jì)中以及未來的太空探索有很多潛在的注入點(diǎn)，”羅伯森說：“在我看來，這是技術(shù)準(zhǔn)備水平的巨大進(jìn)步，可以讓我們到達(dá)我們需要為 NASA 任務(wù)注入的地方。”在汽車上，超級(jí)電容器復(fù)合材料將通過充電（如電池）以及汽車剎車時(shí)獲得電力。“它的充放電循環(huán)壽命是電動(dòng)汽車電池的 10 倍，”他說。使用的材料也是無毒和不易燃的，這對(duì)于發(fā)生事故時(shí)的乘客安全非常重要。“與過去存在有毒物質(zhì)、易燃有機(jī)電解質(zhì)、低生命周期或性能差等問題的方法相比，這是一個(gè)巨大的進(jìn)步，”Thomas 說。由于其使用多層碳纖維的獨(dú)特設(shè)計(jì)，該材料具有顯著的沖擊和彎曲強(qiáng)度，對(duì)于承受汽車碰撞至關(guān)重要，并且具有顯著的拉伸強(qiáng)度。這種重量輕的超級(jí)電容器-電池混合復(fù)合材料為玩具電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。圖片來源：中佛羅里達(dá)大學(xué)托馬斯研究小組。為了構(gòu)建這種材料，研究人員制造了帶正電和帶負(fù)電的碳纖維層，當(dāng)它們以交替模式堆疊和連接時(shí)，形成了一種強(qiáng)大的儲(chǔ)能復(fù)合材料。附著在碳纖維層上的納米級(jí)石墨烯片可提高電荷存儲(chǔ)能力，而沉積在附著電極上的金屬氧化物可提高電壓并提供更高的能量密度。這為超級(jí)電容器-電池混合動(dòng)力車提供了前所未有的儲(chǔ)能能力和充電生命周期。“現(xiàn)在在電動(dòng)汽車中，電池占重量的 30% 到 40%，” Thomas說：“使用這種儲(chǔ)能復(fù)合材料，我們可以在不增加電池重量的情況下增加行駛里程，進(jìn)一步減輕車輛重量，同時(shí)保持較高的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度。每當(dāng)你減輕重量時(shí)，你就可以增加續(xù)航里程，所以這具有巨大的意義。在電動(dòng)汽車和航空領(lǐng)域的應(yīng)用。”用這種復(fù)合材料制造立方衛(wèi)星將使衛(wèi)星重量更輕，并有助于消除笨重的電池組，這可以為每次發(fā)射節(jié)省數(shù)千美元。此外，通過拆除大電池獲得的自由體積可以幫助裝入更多傳感器和測試設(shè)備，增加衛(wèi)星的功能，超級(jí)電容器-電池混合行為是立方體衛(wèi)星的理想選擇，因?yàn)楫?dāng)衛(wèi)星繞地球的太陽能照明側(cè)運(yùn)行時(shí)，它可以在幾分鐘內(nèi)充電。
