科学家们知道，使用超级电容器与电池结合，可以大大提高混合动力电动汽车（HEV：hybrid electric vehicles）的燃油经济性，这是因为，事实上，超级电容器可以充电，供电比电池快得多。例如，这种性能使超级电容器可以在急刹车时恢复所有的能量，而电池只会在摩擦制动中浪费能量，因为它无法迅速获取能量。

 

    柔性固态超级电容器具有两种类型，其中一种超级电容器可以弯曲90度以上。来源：明尼苏达大学 

 

    “电池不能迅速获取或供应能量，”美国明尼苏达大学（University of Minnesota）机械工程教授拉杰什•拉加曼尼（Rajesh Rajamani）说。“当车辆迅速制动时，必须使用摩擦制动，以补充电磁制动，因为电磁制动器不能给电池快速充电，车辆减速也不能像司机希望的那样快。不同于电池，超级电容器可以非常迅速地获取和供应能量。”

 

    然而，研究人员面对的最大挑战是，要把超级电容器安装在混合动力电动汽车上，就要在引擎盖下找到适当的空间，放置这个笨重的设备。超级电容器很笨重，部分原因是，它们经常使用危险的液体电解质，必须密封和安置，这些防护材料就增加了设备的重量和体积。

 

    为了避免这个问题，拉加曼尼和他的同事，就是明尼苏达州大学的胡山（Shan Hu）以及北德克萨斯州大学（University of North Texas）的余迅（Xun Yu）设计了一种超级电容器，它完全是固态，包含固态电解质，不需要笨重的防护材料。这种新的超级电容器性能可媲美商用超级电容器，但是又足够薄，也足够柔韧，几乎可以在混合动力汽车上随处安装，甚至可以安装在车体内表面。研究人员发表了他们的研究，探讨柔性固态超级电容器，就在3月7日的《应用物理快报》（Applied Physics Letters）上，题为《柔性固态纸基碳纳米管超级电容器》（Flexible solid-state paper based carbon nanotube supercapacitor）。

 

    “今天市场上的混合动力车没有超级电容器，”拉加曼尼说。“几个研究小组一直在研究使用超级电容器，与电池一起用于混合动力电动汽车，以提供更好的燃油经济性，以及更快的车辆响应。我们的研究带来了一种新的超级电容器，它是柔韧的，也是固态的，不需要在引擎盖下或行李箱中找地方安装。”

 

    这种新的固态超级电容器包含单壁碳纳米管涂层的棉纸，这是用作电极，而固体聚合物是用作电解质。制作电极时，研究人员是使用棉纸，这种棉纸通常用于化妆品面膜，因为它重量更轻，吸水性胜过打印纸。把棉纸切割成所需的形状后，研究人员把这种棉纸反复浸入酸处理碳纳米管溶液中，这些纳米管会有力地键合到棉纸上。

 

    制作电解质时，研究人员混合一种聚合物溶液，进行加热，这种溶液最初看起来像一种透明的胶状凝胶。把成品电极浸入这种凝胶，使电极面对面排列，让一切都干燥，这样，多余的水分会蒸发，电解质就会凝固。

 

    “我们的研究，最大意义是制成了一种柔性的固态超级电容器，”拉加曼尼说。“其他研究人员以前也使用碳纳米管，用作超级电容器的电极。然而，他们的超级电容器也使用液体电解质，因此，既不完全是固态的，也不是柔性的。”

 

    在测试中，这些超级电容器充电可以超过3伏，这就有利于实现高能量密度，或使用给定的体积存储更多的能量。这种超级电容器的其他规格，比电容是每克13.15法拉g，单位能量是每千克5.54瓦时，非常类似商用超级电容器的值。另外，它的柔韧性使它很容易弯曲，放进狭小的空间，这使它很管用，可用于便携式电子产品，以及混合动力车。

 

    这种新的超级电容器的最大缺点是高电阻，这会降低整体功率密度，因此，也会降低充电速度。研究人员认为，这种高电阻源自纸质碳纳米管电极，这种电极的电阻高于金属电极。然而，他们预测，给棉纸涂上更高密度的碳纳米管溶液，可以降低电阻，他们计划，在未来更多地研究这个问题。