近期，UCF 研究人員為電動汽車開發了一種動力套裝，就像漫威漫畫的黑豹所穿的充電動力套裝一樣，這種動力套裝與鋼一樣堅固，比鋁更輕，有助于提高車輛的動力容量。該套裝由層狀碳復合材料制成，由于其納米級的獨特設計，可作為一種儲能超級電容器-電池混合裝置。這一發展最近出現在Small雜志的封面故事中，并且可以應用于一系列需要輕量級電源的技術，從電動汽車到航天器、飛機、無人機、便攜式設備和可穿戴設備。“我們的想法是使用身體外殼來儲存能量，以補充儲存在電池中的能量，”該研究的合著者、UCF 納米科學技術中心和材料科學與工程系的教授、團隊負責人 Jayan Thomas 說。“優點是這種復合材料可以減輕汽車的重量并增加每次充電的里程，”他說：“它和鋼鐵一樣堅固，甚至比鋼鐵還要堅固，但要輕得多。”這種材料在用作車身外殼時，可以將電動汽車的續航里程增加 25%，這意味著每輛充電汽車可以行駛 200 英里，從而可以額外行駛 50 英里并減輕其整體重量。作為超級電容器，它還可以提高電動汽車的動力，使其在 3 秒內從零加速到 60 英里/小時所需的額外推動力。研究合著者、美國宇航局肯尼迪航天中心研究與開發高級首席研究員盧克·羅伯森說：“隨著技術在其就緒水平上的進步，這一應用程序以及許多其他應用程序有一天可能會出現。”這些材料可以用作立方體衛星的框架、外星棲息地的結構，甚至可以用作未來眼鏡的一部分，例如混合現實和虛擬現實耳機。“經濟中以及未來的太空探索有很多潛在的注入點，”羅伯森說：“在我看來，這是技術準備水平的巨大進步，可以讓我們到達我們需要為 NASA 任務注入的地方。”在汽車上，超級電容器復合材料將通過充電（如電池）以及汽車剎車時獲得電力。“它的充放電循環壽命是電動汽車電池的 10 倍，”他說。使用的材料也是無毒和不易燃的，這對于發生事故時的乘客安全非常重要。“與過去存在有毒物質、易燃有機電解質、低生命周期或性能差等問題的方法相比，這是一個巨大的進步，”Thomas 說。由于其使用多層碳纖維的獨特設計，該材料具有顯著的沖擊和彎曲強度，對于承受汽車碰撞至關重要，并且具有顯著的拉伸強度。這種重量輕的超級電容器-電池混合復合材料為玩具電動汽車提供動力。圖片來源：中佛羅里達大學托馬斯研究小組。為了構建這種材料，研究人員制造了帶正電和帶負電的碳纖維層，當它們以交替模式堆疊和連接時，形成了一種強大的儲能復合材料。附著在碳纖維層上的納米級石墨烯片可提高電荷存儲能力，而沉積在附著電極上的金屬氧化物可提高電壓并提供更高的能量密度。這為超級電容器-電池混合動力車提供了前所未有的儲能能力和充電生命周期。“現在在電動汽車中，電池占重量的 30% 到 40%，” Thomas說：“使用這種儲能復合材料，我們可以在不增加電池重量的情況下增加行駛里程，進一步減輕車輛重量，同時保持較高的拉伸、彎曲和沖擊強度。每當你減輕重量時，你就可以增加續航里程，所以這具有巨大的意義。在電動汽車和航空領域的應用。”用這種復合材料制造立方衛星將使衛星重量更輕，并有助于消除笨重的電池組，這可以為每次發射節省數千美元。此外，通過拆除大電池獲得的自由體積可以幫助裝入更多傳感器和測試設備，增加衛星的功能，超級電容器-電池混合行為是立方體衛星的理想選擇，因為當衛星繞地球的太陽能照明側運行時，它可以在幾分鐘內充電。
