工程师们制造出充电速度比锂离子电池快一亿倍的Cheema电容器

工程师们制造出充电速度比锂离子电池快一亿倍的Cheema电容器电容器由介电材料制成并在电场中存储能量。与利用化学反应来储存能量的电池相比，它们非常耐用，可以提供高功率水平和快速充电。但电容器的能量密度（在给定面积内可以存储的能量）通常远低于电池。这使得将它们缩小到芯片尺寸变得特别具有挑战性。一个工程师团队通过采用复合材料中出现的一些奇怪的电子特性来解决这个限制。他们制作了氧化铪和氧化锆的复合薄膜，该薄膜表现出自发电极化。一些区域是铁电性的，所有偶极子都指向相同的方向，而另一些区域是反铁电性的，偶极子指向多个方向，因此这些区域无法存储电荷。当对这些材料施加电场时，反铁电区域会转变，变成铁电体，并且薄膜可以存储大量电荷——比严格的铁电材料多得多。麻省理工学院的材料科学家SurajCheema表示，这种所谓的负电容效应意味着“你可以获得更多的电荷存储”。Cheema是加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授SayeefSalahuddin博士后期间开发新型微电容器设备的团队的一员。但仅靠负电容不足以制造具有高能量密度的微电容器——这些层只有2纳米厚。该团队必须弄清楚如何使这些薄膜更厚，同时保持其负电容背后的独特晶体结构。他们能够通过分层一些非晶态氧化铝来构建100纳米厚的电容器。该中断层从每个覆盖层中“隐藏”介电材料的结构，确保整个材料保持正确的晶体结构。为了在不增加面积的情况下进一步提高这些设备的能量密度，研究人员使用了当今DRAM单元电容器中常见的设计。这些3D结构是在硅芯片表面挖出的U形沟槽。该设计在给定的占地面积内包含了更多的电荷存储材料。沟槽电容器可以通过原子层沉积（ALD）来制造。该技术与半导体制造兼容，但很难扩大规模，为电动汽车等产品制造更大的电容器。Cheema表示，微型电容器每平方厘米可存储80毫焦耳的能量，仅比锂离子电池小一个数量级。但是，虽然微型电池在高端只能充电1,000次，但这些微型电容器可以充电数十亿次。Cheema说，它们的充电速度快了一亿倍。“这是一种智能工程方法，导致能量密度取得重大进步，”未参与这项工作的德雷克塞尔大学材料科学家尤里·戈戈西(YuryGogotsi)说道。他后来在电子邮件中补充道，“考虑到每部手机中约有1,000个多层陶瓷片式电容器，一辆汽车中约有3,000至8,000个，这项技术的影响可能非常重大。”就目前的形式而言，该技术可用于增加DRAM中的电荷存储。这些设备还可用于使电源更接近计算机芯片上的处理器，从而节省目前在运输过程中损失的能源。如果电容器可以按比例放大，它们可以在机器人和手机等大型设备中得到应用。Cheema目前正在利用麻省理工学院林肯实验室的设施，将这些单独的微电容器连接起来，制造更大的能量存储设备。能量密度可以用平方厘米来测量，但到目前为止他们只制造了50微米x1微米的设备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430961.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430961.htm

拓邦发布钠离子电池：-40℃放电容量近80% 秒杀锂电

拓邦发布钠离子电池：-40℃放电容量近80%秒杀锂电而与传统的铅酸电池相比，钠离子电池具有更高的能量密度、更长的循环寿命以及无毒环保等优势。本次拓邦钠离子电池标称容量可达9.0Ah，标称电压3.0V，电压范围在1.5-4.0V。其次，在能量密度上，拓邦钠离子电池可达120Wh/kg，电池循环寿命可达2500次以上。从长期规划来看，到2025年，拓邦钠离子电池能够实现能量密度≥160Wh/kg，循环寿命≥6000次。相比于普通锂离子电池，拓邦钠离子电池的原材料成本，正极降低约50%，负极降低约20%，电解液降低约15%，集流体降低约10%，原材料总成本可以降低约30%。在超低温环境下，锂离子电池往往会出现电极失活、电解液流动性降低、电化学反应速率下降等问题，导致电池性能下降，而拓邦的钠离子电池在超低温环境下的表现则更加稳定，-40℃放电容量接近80%。相较于锂电和铅酸难以同时兼顾大倍率充、放电，拓邦钠离子电池可同时实现3C充电、5C放电，充电20分钟，电量可达90%以上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360933.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360933.htm

钠离子电池的技术突破可能是电动汽车未来发展的关键

钠离子电池的技术突破可能是电动汽车未来发展的关键锂离子电池是现代能源存储的前沿，也是全球电气化努力的关键驱动力，这已不是什么秘密。然而，以满足日益增长的需求所需的规模生产锂离子电池似乎是一项几乎不可能完成的任务。近年来，锂生产商警告说，全球可能很快就会面临锂短缺，最快可能在2025年。一个重要的原因是，在短短几十年间，锂已经从陶瓷和制药行业使用的小众金属变成了需求最旺盛的金属之一。全球最大的锂矿公司之一、引领美国锂矿复兴的阿尔伯马尔公司计划到2030年将年产量提高到50万吨，但表示这仍不足以满足预计的需求。这就是钠离子电池的优势所在。虽然钠离子电池还没有像锂离子电池那样受到关注，但它正在成为实现电气化梦想的重大技术突破之一。钠离子电池的设计与锂离子电池类似，可以使用相同或类似的工业流程制造。在这种电池中，钠离子取代了阴极中的锂离子，电解质（帮助在电池电极之间输送电荷的液体）中的锂盐也换成了钠盐。钠离子电池并不是一个新概念，但大规模生产钠离子电池的想法只是在近几年才得到重视。钠的储量远高于锂，因此成本更低，更容易获得，同时也不容易受到地缘政治紧张局势的影响。截至目前，碳酸钠的最高价格仅为每公吨286美元，而电池级碳酸锂的价格高达每公吨20494美元。化学家们还发现，使用钠制造的层状氧化物阴极电池不需要钴或镍等昂贵的金属，就能达到与磷酸铁锂（LFP）电池相当的能量密度。本月早些时候，东京理科大学的一组日本研究人员透露，他们利用纳米结构硬碳开发出了钠离子电池的高容量阴极。这种电池的能量密度最高可达每公斤312Wh，约为磷酸铁锂电池的两倍。从这个角度来看，这也是十多年前最先进的钠离子电池能量密度的1.6倍。钠离子电池的另一个优点是能够承受更宽的工作温度范围--从零下30摄氏度到60摄氏度（零下22华氏度到140华氏度），甚至80摄氏度（取决于所使用的化学成分）。正因如此，法拉帝安等公司已经开始在澳大利亚试用用于固定储能的钠离子电池装置。今年早些时候，大众汽车和江淮汽车集团的合资企业推出了首款由钠离子电池驱动的电动轿车。该车采用25千瓦时的电池，续航里程相对较短，仅为250公里（155英里），但两家公司都在吹嘘充电速度快、低温性能更好，以及电池循环寿命更长、老化后容量下降更慢。Faradion公司首席执行官JamesQuinn说，钠离子电池的安全优势怎么强调都不过分。锂离子电池在运输前需要充电至30%以上，而钠离子电池可以像电容器一样安全地放电至0V，从而消除了因短路而导致热失控的可能性。正如您在上面的视频中看到的，在充满电的情况下刺穿钠离子电池也不会使其变成燃烧弹。虽然Faradion目前主要关注的是固定能源存储，但NatronEnergy等其他公司已经开始涉足汽车行业。这家总部位于圣克拉拉的初创公司正在使用一种名为普鲁士蓝的普通材料来制造钠离子电池的电极，这种电池的额定充放电循环次数在5万到10万次之间。它们还能在15分钟或更短时间内充满电。Natron公司最近与Clarios国际公司建立了合作关系，在后者位于密歇根州的Meadowbrook工厂批量生产钠离子电池，使用的设备与目前生产锂离子电池的设备相同。Natron表示，随着未来几个月生产规模的扩大，这里将成为世界上最大的钠离子电池工厂。钠离子电池的发展前景如何还有待观察，但与许多尚未走出实验室的解决方案不同的是，钠离子电池看起来确实大有可为。这一切都取决于随着技术的成熟和更多工厂开始大规模生产钠离子电池，材料价格将如何波动。预计到2030年，全球年产能将达到1.86亿千瓦时，而锂离子电池的年产能为6.5太瓦时。这意味着钠电池可能不会很快取代锂电池的主导地位。不过，钠电池在各种应用中似乎越来越有吸引力，从长远来看，钠电池有可能成为首选解决方案。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397845.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397845.htm

由超级电容供电的i-Rocks无线鼠标：充电3分钟可用一周 可航空托运

由超级电容供电的i-Rocks无线鼠标：充电3分钟可用一周可航空托运电容器的额定充电周期为100000次，而当代无线游戏鼠标使用的锂离子电池仅为1000次左右。最关键的是，电容器比电池更轻，而且不受锂离子电池的旅行和运输限制，不需要把这款鼠标放在随身携带的行李中，在机场办票时也可以选择托运。i-Rocks表示他们还在开发基于超级电容的无线键盘。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433822.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433822.htm

伯克利实验室开发的新型微型电容器显示出创纪录的能量和功率密度

伯克利实验室开发的新型微型电容器显示出创纪录的能量和功率密度访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器微型电容器技术的突破劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）和加州大学伯克利分校的科学家们在克服这些挑战方面迈出了重要一步，最近在微型电容器中实现了创纪录的高能量和高功率密度。这些电容器由氧化铪和氧化锆的工程薄膜制成，采用了芯片制造中常见的材料和制造技术。他们的研究成果发表在《自然》（Nature）杂志上，可彻底改变下一代电子产品的片上能量存储和电力传输。伯克利实验室资深科学家、加州大学伯克利分校教授兼项目负责人赛义夫-萨拉赫丁（SayeefSalahuddin）表示："我们已经证明，在由工程薄膜制成的微型电容器中存储大量能量是可能的，比普通电介质存储的能量要多得多。更重要的是，我们使用的材料可以直接在微处理器上进行加工。"这项研究是伯克利实验室为开发更高效的微电子学新材料和新技术所做的更广泛努力的一部分。在三维沟槽电容器结构中使用工程氧化铪/氧化锆薄膜制成的微型电容器--与现代微电子中使用的结构相同--实现了创纪录的高能量存储和功率密度，为片上能量存储铺平了道路。图片来源：NirmaanShanker/SurajCheema电容器基础知识与挑战电容器是电路的基本元件之一，但也可用于储存能量。与通过电化学反应储存能量的电池不同，电容器通过在两块被绝缘材料隔开的金属板之间建立的电场储存能量。在需要时，电容器可以快速放电，从而可以快速供电。此外，电容器不会因反复充放电循环而老化，因此寿命比电池长很多。不过，电容器的能量密度通常比电池低得多，这意味着它们在单位体积或重量上可存储的能量更少，而当试图将它们缩小到微型电容器大小用于片上能量存储时，这个问题只会变得更糟。SayeefSalahuddin（左）和NirmaanShanker在实验室。图片来源：MarilynSargent/伯克利实验室研究方法和结果研究人员通过精心设计HfO2-ZrO2薄膜来实现负电容效应，从而制造出革命性的微型电容器。通常情况下，将一种介电材料层叠在另一种介电材料之上会导致整体电容降低。但是，如果其中一层是负电容材料，那么整体电容实际上会增加。在早先的研究中，萨拉赫丁及其同事展示了利用负电容材料生产晶体管的方法，这种晶体管的工作电压大大低于传统的MOSFET晶体管。在这里，他们利用负电容生产出了能够存储更多电荷的电容器，因此也存储了更多能量。这些薄膜由HfO2和ZrO2混合制成，采用工业芯片制造的标准材料和技术进行原子层沉积。根据这两种成分的比例，薄膜可以是铁电性的，即晶体结构具有内置的电极化；也可以是反铁电性的，即通过施加电场可以使晶体结构进入极化状态。当成分调整得恰到好处时，给电容器充电产生的电场会使薄膜在铁电和反铁电秩序之间的临界点达到平衡，这种不稳定性会产生负电容效应，即使很小的电场也能轻易地使材料极化。萨拉赫丁课题组的博士后、论文的主要作者之一苏拉杰-切马（SurajCheema）说："在相变过程中，单元格确实希望被极化，这有助于在电场作用下产生额外的电荷。这种现象是负电容效应的一个例子，但可以把它看作是一种捕获比正常情况下更多电荷的方法。"为了提高薄膜的储能能力，研究小组需要增加薄膜厚度，同时又不使其松弛出受挫反铁电-铁电状态。他们发现，通过在每隔几层HfO2-ZrO2后穿插原子级氧化铝薄层，可以将薄膜厚度增加到100纳米，同时保持所需的特性。最后，研究人员与麻省理工学院林肯实验室的合作者合作，将薄膜集成到三维微型电容器结构中，在硅片上切割的深沟中生长精确分层的薄膜，长宽比高达100:1。这些三维沟槽电容器结构可用于当今的DRAM电容器，与平面电容器相比，其单位面积电容要高得多，从而实现了更大的微型化和设计灵活性。由此产生的器件具有破纪录的特性：与当今最好的静电电容器相比，这些微型电容器的能量密度高出9倍，功率密度高出170倍（分别为80mJ-cm-2和300kW-cm-2）。萨拉赫丁说："我们获得的能量和功率密度远远高于我们的预期。多年来，我们一直在开发负电容材料，但这些结果令人十分惊讶。"未来发展方向这些高性能微电容器有助于满足物联网传感器、边缘计算系统和人工智能处理器等微型设备对高效、微型化能源存储日益增长的需求。研究人员目前正在努力扩大技术规模，将其集成到全尺寸微芯片中，并推动基础材料科学的发展，以进一步提高这些薄膜的负电容。"有了这项技术，我们终于可以开始实现在芯片上无缝集成极小尺寸的能量存储和电力传输，"Cheema说。"它可以开辟微电子能源技术的新领域。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431400.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431400.htm

钠离子电池协会团体标准已公开征求意见

钠离子电池协会团体标准已公开征求意见在公开征求意见结束之后，编制组预计将在11月左右正式发布这一《规范》并开始实施。钠离子电池之所以备受关注，是因为其价格低廉、系能稳定、更耐低温，充放电倍率性能佳，可满足两轮电动车、电动工具、储能、A00级电动车的能量密度要求，充分发挥钠离子电池安全性优异的特点。此外，钠资源储存丰富，资料显示，钠在地壳中的丰度高达2.75%，而且全球都有分布，我国的资源量也不低，因此钠矿资源成本极低，只要2元/千克，用于电池的话，钠离子与锂离子电池的成本不会差距数十倍，但钠离子电池的材料成本至少也要低30-40%。钠离子电池已被不少电池厂商相中，并进行了深入研发，宁德时代于2021年推出了第一代钠离子电池，能量密度160Wh/kg，在常温下充电15分钟，电量可达80%，而在零下20°C低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率。而宁德时代已经宁在研发第二代钠离子电池了，能量密度可以提升到200Wh/kg，这个水平跟目前主流磷酸铁锂电池的能量密度差不多，开始逼近三元锂电池，据悉将首发落地奇瑞电动车型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388803.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388803.htm