氧化钨纳米线超级电容器：能快速充满电的锂电池替代品

锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。随着科技的发展，锂离子电池的应用几乎已覆盖了我们的生活，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、游戏控制器、无绳电动工具、美容产品、数码相机、摄像机、汽车等等都依赖于锂离子电池。

锂离子电池确实很好用。不过它们也有着自己的短板，锂离子的充电时间和安全性能一直是人们关注的话题。因此，科学家不断在寻找能取代锂离子电池的替代产品，只是开发出兼具成本和性能的产品并不是那么容易，但终是有不少的突破，例如超级电容器。

与通过化学过程储存能量的锂离子电池不同，电容器使用静电储存能量。打个简单的比方，当你把衣服拿出烘干机时，当你的衣服粘在一起时，就会产生静电，而电容器可以吸收和储存这些静电。说到这，您就该知道超级电容器可以用在哪里了？例如我们的混动汽车，当刹车或行驶中产生电能，就可以利用超级电容器将其吸收储存，然后再回用到汽车的动力系统中去，电容器的特征明显比锂离子电池更适合用于混动汽车。

电容器比锂电池作为能量存储装置具有一些显着的优点。例如，它们的充放电速度更快，重量更轻，不会磨损得更快，而且不含有毒和危险的化学物质。超级电容器可以存储比常规电容器多数量级的能量，是一种性能介于物理电容器和二次电池之间的新型储能器件，兼有物理电容器的功率密度大和二次电池的能量密度高的特点，此外，超级电容器还具有效率高、循环寿命长等显著特点。未来在电动汽车、信息通讯、特种航天及特种等领域具有广泛的应用前景。

但制造大容量的超级电容器也并不是想象中那么容易，如果早就能突破就没有锂电池什么事了。得益于纳米技术的进步，越来越多的新材料浮出水面。近来，美国佛罗里达大学的研究人员研发了一种由氧化钨纳米线制成的超级电容器，纳米线由一个一维核心（高度单晶三氧化钨制成）包裹着两个二维壳体（由二硫化钨制成）。

氧化钨纳米线是一种一维材料，由于材料维度的降低和结构特征尺寸的减少，与传统的材料相比，一维纳米材料呈现出更加新颖的电、磁、光、热等物理和化学特性，因此，氧化钨纳米线与传统的氧化钨材料相比具有更大的比表面积。这些纳米线超级电容器解决了尺寸问题。纳米级材料的每一个尺寸都小于约100纳米，比人类头发的直径小约100,000倍。您可以将数百万纳米线放入手机中锂离子电池占用的相同体积中。

所以，结合数百万纳米线产生超级电容器，其性能使其成为锂离子电池的理想替代品。例如，它们充电和放电速度非常快。成功合成氧化钨纳米线的科学家认为，新型的超级电容器充电速度非常快，以至于配备纳米线超级电容器的电子设备可以在几秒钟内充电，充电时间可以持续超过正常使用一周，快速放电率将使配备纳米线超级电容器的汽车比配备锂离子电池的电动汽车加速更快。

另一个优势是纳米线超级电容器不会像锂离子电池一样磨损（就如电脑机械硬盘和固态硬盘的不同）。平均锂离子电池可持续1,000至1,500次充电周期。但纳米线超级电容器经历了30,000次充电循环后性能没有下降。如果所有这些都不够让你心动，那么纳米线超级电容器还可用于柔性基板上，可以模制成所需的形状或纳入可穿戴设备，或可拆叠可弯曲的薄膜手机的能量供应，这些现在看上去很酷炫的科技真有可能出现。总之，在这个发展阶段，纳米线超级电容器是未准备好商业化概念证明。