智能卡层压机(超级电容纸电池构造和工作)

Posted 2023-05-29

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智能卡层压机(超级电容纸电池构造和工作)

纸电池基本上是一种既可以充当电容器又可以充当电池的设备。它是一种灵活、重量轻的装置，由在纸（纤维素）上加厚的碳纳米管组成。它基本上是由纤维素与碳纳米管结合而成。它包括将碳纳米管注入纸，纸由离子液体作为电解质组成。

纸电池

纸电池结构：

其实，纸电池的制作方法有很多种。

建造纸电池的第一个也是最重要的方法是由纽约特洛伊伦斯勒理工学院的化学家 Robert Linhardt 提出并发起的。纤维素（纸）层叠在导电碳纳米管上。尽管这种组合是制造电池的坚固材料，但是当材料弯曲时会散开时就会出现问题。位于帕洛阿尔托（加利福尼亚州）斯坦福大学的材料科学家 Yi Cui 找到了一个解决方案。

他和他的研究团队通过将碳纳米管悬浮在水和有机表面活性剂中，创造了一种墨水。这种墨水均匀地涂在一张纸上。当墨水纸在烤箱中加热以去除水分时，纳米管与纸纤维紧密结合，形成了高导电纸。

以下是制造纸电池的三种方法：

1. 第一种方法涉及制造基于锌和二氧化锰的阴极和阳极。使用标准丝网印刷机将电池印刷到纸上。

这张纸注入了排列整齐的碳纳米管，用作电极。将这张纸浸入充当电解质的离子液体溶液中。

2. 第二种方法有点复杂，需要在硅基板上生长纳米管。然后用纤维素填充基质中的间隙，一旦基质干燥，纤维素和纳米管的组合就会被剥离。因此，创建了由碳纳米管层组成的纸张。两个这样的薄片组合在一起形成一个超级电容器，其中离子液体如人体血液、汗液或尿液被用作电解质。

3、三是方法简单，可在实验室构建。它涉及将一种特殊配方的碳纳米管墨水涂在一张涂有离子溶液的矩形纸上。然后在纸的另一面层压一层锂薄膜。然后连接铝棒以在两个电极之间传输电流。

纸电池零件

4. 第四种方法涉及用碳纳米管涂覆不锈钢基材。将涂覆的基材在80摄氏度下干燥五分钟，之后将材料剥离。每个纸电池使用一对薄膜，每个薄膜粘贴到不同的电解质，如 LTO 和 LCO。然后用胶水将一张纸夹在两层薄膜之间。

纸电池工作过程：

纸电池的内部操作类似于传统电池，每个电池产生约 1.5V 的电压。

如果人们还记得传统电池的工作方式，其中带正电的粒子称为离子，带负电的粒子称为电子在称为阳极的正电极和称为阴极的负电极之间移动。电流随着电子通过导体从阳极流向阴极而流动，因为电解质是绝缘体并且不为电子移动提供自由路径。

纸电池的加工

类似地，在一些纸电池中，碳纳米管充当阴极，金属是阳极，纸是隔膜。

金属和电解质之间的化学反应导致产生离子，而碳和电解质之间的化学反应导致产生电子。这些电子通过外电路从阴极流向阳极。

纸电池优于传统电池的六个重要原因：

纸电池续航时间长。
它们无毒，因为它们不涉及有害的化学反应。
它们很灵活，可以折叠或切割而不影响它们的效率。这是因为它们是由纤维素和碳纳米管等具有高拉伸强度的材料制成的。
它们是一次性的，因为它们由可生物降解且无毒的纤维素制成。
它们可用于严酷的气候条件，如高温和低温。这是因为电解液不包含水，这使得电池可以在-73 到149 摄氏度的范围内工作。
他们利用碳纳米管，这是最高效的电导体之一。

纸电池可以用在什么地方？

纸质电池实际上可以证明对便携性和尺寸是主要要求的应用有益。智能卡、数字手表等现代电子设备促进了对持久且无毒的薄电池的需求。

可穿戴计算机——可穿戴计算机的最新实时示例之一是谷歌眼镜。它实际上是带有光学头戴式显示器的普通眼镜，而 Glass 是一副眼镜形式的计算机，包括一个光学头戴式显示器，允许用户使用智能手机。

它还可用于低功耗设备，如计算器、手表和无线通信设备，如鼠标、蓝牙耳机、键盘等。