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当用离子凝胶涂覆这种碳纳米纤维电极时，可以消除对储能装置中易燃类电解液的需要，使装置更加安全。
德雷克塞尔大学的一个研究团队开发出了一种织物状材料电极，可以更快、更安全地制造储能装置(电池和超级电容器)，这种装置不易泄露或者产生灾难性的破坏。他们设计的这种新电极看起来就像是一种注入明胶的毛茸茸的海绵，而且提供了一种可替代设备中常见但又独特的可燃电解质溶液。
电池和超级电容器内的电解液具有腐蚀性或毒性，并且几乎都是易燃的。为了适应先进移动设备的需求，储能装置变得越来越小，但这就容易发生短路——当与电解液接触后，储能装置可能会裂开。
因此，德雷克塞尔大学工程学院的Vibha Kalra教授与其团队设计了这款设备。他们使用了一种厚的、富含离子的凝胶电解质来替代易燃电解质溶液，并且这种凝胶电解质吸附在多孔碳纳米纤维的独立式垫子上。该团队包括Kalra的博士助理Sila Simotwo、天普大学的Stephanie Wunder和Parameswara Chinnam。最近他们在《应用材料与界面》杂志上发表了其 “无溶剂固态超级电容器”的新设计。Kalra教授说：“我们已经完全剔除了这些设备中具有着火隐患的部件。与此同时，我们还创建了一种能够使储能装置变得更轻更好的电极。”
超级电容器类似于电池，但它所持有和释放的电是静电，而不是由化学反应产生。与那些长期使用的电池不同，这种超级电容器可以在短时间内迅速地消耗储存能量，因此，它们往往作为备用电源。然而，超级电容器在电解质方面却与电池类似——使用的也是易燃的电解质溶液，因此也容易受到泄露和着火的影响。
该团队开发的超级电容器不仅不含溶剂——这意味着它不含易燃液体，而且紧凑的设计也使其更加耐用。另外在储能能力和充放电寿命方面，这种超级电容器都优于目前使用的其他同类设备。此外，由于其能在高达300℃的温度下工作，因此由它驱动的设备更加耐用，而且由于滥用而发生燃烧隐患的可能性也更小。
Kalra说：“为了满足工业相关的电极厚度和负载，我们开发了一种由纳米纤维组成的布状电极，它提供了明确的三维开放孔结构，便于输入固体电解质前体。开孔电极也不含具有绝缘体和有可能会降低其性能的粘结剂。”
制造这种耐用设备的关键是纤维状的电极框架，该团队使用了一种称为静电纺丝的工艺来创建这种框架。这包括将一个碳前体聚合物溶液以纤维垫的形式在一个旋转的电场中挤压出来，在微观层面上来看就像是在做一个棉花糖。
一种称为离子凝胶的离子富集凝胶电解质被吸附在碳纤维垫中，以产生完整的电极-电解质网格，该网格出色的性能，和电极与电解液独特的组合方式，确保了它们的接触面积很大。
如果把能量储存装置看成是一碗玉米片，那么储存能量的空间就是玉米片与牛奶相遇的地方——科学家称之为“双电层”。即储存电的导电电极与携带电荷的电解液在此相接触。在理想情况下，玉米片碗中的牛奶会通过所有的薄片，使每个薄片都能被涂覆—不会太松脆也不会太潮湿。
有时，谷物堆积起来，而牛奶或电解质溶液并没有完全通过，所以导致顶部的薄片是干的，而底部的薄片却已吸收饱和。这种情况并不理想，其电化学当量——电子堵塞在通往电极激活点的途中——这并不适合储存电量。
Kalra教授研究的固态超级电容器就像把切碎的小麦放在碗里，而不是玉米片。开放的结构使得牛奶渗透并覆盖谷物，就像离子凝胶渗透到固态超级电容器的碳纤维垫上。碳纤维垫为离子凝胶中的离子提供了更大的表面积来获取电极，从而增加了容量并提高了储能装置的性能。它也减少了许多脚手架材料的需求，这些脚手架材料是物理电极的重要组成部分，但是在能量存储过程中并未发挥作用，并且占用设备的大部分重量。
“一般先进的电极需要与细粉末状的粘结剂混合并且制成浆料，然后将其添加到装置中。这些粘结剂增加了装置的重量，并且由于其不导电，所以实际上降低了装置的性能。而我们的电极是独立的，不需要粘结剂，因此我们的电极制造成本仅为上述电极的20%。” Kalra教授说道。
Kalra教授团队的下一步计划是将这种技术应用于固态电池的生产，并且探索其在智能面料领域的应用。
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2018日本东京高性能塑料及复合材料展
PLASTIC JAPAN2018
展会时间：2018年12月5-7日（一年一届）
展览地点：日本幕张国际展示中心MakuhariMesse
主办单位：励展日本公司（Reed Exhibitions Japan Ltd.)
中国组团：上海福贸展览服务有限公司
参展联系：张鹏15821106898微信 QQ:99581873
展会规模：11万平方米，1200家参展企业
观众总数：57,177（包含同期展会数据）
2018年日本东京高性能塑料展将于2018年12月5-7日在日本东京幕张展览中心举办。2017年日本塑料展在4月成功在日本的东京有明国际展览中落幕来自全球950家企业的参展商云集展会现场，专业观众超过5万人。
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