中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
電容器是現代電子和電力系統的重要組成部分，能夠快速存儲和釋放電能。不過(guò)，與電池或燃料電池等其他儲能系統相比，最常用的電容器通常能量密度較低，反過(guò)來(lái)不能在持續工作的情況下快速充放電。
現在，據外媒報道，美國能源部(DOE)勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)研究人員領(lǐng)導的一個(gè)小組通過(guò)在后處理步驟中，在商用薄膜中引入隔離缺陷，可以將一種常用材料加工成表現良好的儲能材料。
人們對降低成本和小型器件的需求不斷增長(cháng)，也推動(dòng)了高能量密度電容器的發(fā)展。電容器通常用于電子設備中，在電池充電時(shí)持續供應電源。伯克利實(shí)驗室研發(fā)的新材料最終可以將電容器的效率、可靠性和魯棒性與大型電池的儲能能力結合起來(lái)，應用于個(gè)人電子設備、可穿戴技術(shù)和汽車(chē)音頻系統等。
研究人員研發(fā)的此種材料是一種陶瓷材料，基于“馳豫鐵電體”(relaxor ferroelectric)制成，能夠對外部的電場(chǎng)快速產(chǎn)生機械或電子反應，通常用于超聲波、壓力傳感器和電壓發(fā)生器等應用中的電容器。
所施加的電場(chǎng)會(huì )促進(jìn)材料中電子方向發(fā)生改變，同時(shí)，電場(chǎng)還驅動(dòng)了存儲在材料中的能量的變化，使其不止可用于小型電容器中。要解決的問(wèn)題是如何優(yōu)化鐵電體，讓其能夠以高電壓快速充放電(數十億次或更多次)，且不會(huì )持續造成損害，從而可長(cháng)期用于電腦和汽車(chē)等應用。
研究人員表示：“人們可能在煤氣爐上看過(guò)馳豫鐵電體，點(diǎn)亮爐子的按鈕會(huì )啟動(dòng)一個(gè)彈簧錘，讓其敲擊壓電晶體(張弛振蕩器)，并產(chǎn)生電壓點(diǎn)燃煤氣。我們已經(jīng)證明，此種材料也可成為一些性能很好的儲能材料?！?/p>
在兩個(gè)電極之間放置鐵電材料，增加電場(chǎng)就能夠增加電荷。在放電過(guò)程中，可用能量的大小取決于該材料的電子在電場(chǎng)作用下被定向或極化的強度。不過(guò)，大多數此種材料在失效之前通常無(wú)法承受很大的電場(chǎng)。因此，最根本的挑戰是找到一種方法，在不犧牲極化的情況下，盡可能地將電場(chǎng)的強度增加至最大。
于是，研究人員轉而采用之前研發(fā)的“關(guān)閉”材料導電性的方法。通過(guò)用高能帶電粒子——離子轟擊薄膜，可以引入隔離缺陷，此類(lèi)缺陷可以捕獲材料的電子，阻止電子運動(dòng)，并將薄膜的導電性降低多個(gè)數量級。
研究人員首先打造了由稱(chēng)為鈮鎂鈦酸鉛的馳豫鐵電體原型制成的薄膜，然后在伯克利實(shí)驗室加速器技術(shù)和應用物理部門(mén)(ATAP)的離子束分析設備中，用高能氦離子對薄膜進(jìn)行定向。氦離子撞擊目標離子，產(chǎn)生點(diǎn)缺陷。測量結果顯示，離子轟擊薄膜的能量?jì)Υ婷芏仁侵皥蟮赖膬杀抖?，效率也提高?0%。
