发现电容器高速储能背后的机制
北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种称为PVDF的聚合物的方法使电容器能够快速地存储和释放大量的能量。他们的发现可能导致更强大，有效的电动汽车。
电容器就像电池一样，它们存储和释放能量。然而，电容器使用分离的电荷，而不是化学反应，以储存能量。带电粒子使能量能够非常快速地存储和释放。想象一辆电动汽车，可以将从零到60英里的每小时加速到60英里，与汽油动力的跑车相同。没有电池可以为加速度的类型的电池供电，因为它们会释放它们的能量太慢。然而，电容器可以达到工作 - 如果它们包含正确的材料。
NC状态物理学家Vivek Ranjan博士先前发现，含有聚合物聚偏二氟乙烯或PVDF的电容器与称为CTFE的另一种聚合物组合，能够比目前使用的能量更高七倍。
Ranjan说:“我们知道这种材料可以制造高效的电容器，但我们想要了解其存储能力背后的机制。”
在研究中发表物理评论信，Ranjan，NC国家物理学家Jerzy Bernholc博士北德克萨斯大学的Marco Buongiorno-Nardelli博士进行了计算机模拟，以了解在应用电场时，聚合物内的原子结构如何改变。将电场施加到聚合物中导致其内的原子极化，这使得电容器能够快速地存储和释放能量。他们发现当将电场施加到PVDF混合物时，原子进行了同步的舞蹈，同时从非极性到极性状态开始，并且需要非常小的电荷。
“通常，当材料从极性到非极性状态变化时，它是一个链式反应 - 从一个地方开始，然后向外移动，”Ranjan解释说。“In terms of creating an efficient capacitor, this type of movement doesn’t work well – it requires a large amount of energy to get the atoms to switch phases, and you don’t get out much more energy than you put into the system.
“在PVDF混合物的情况下，原子会立即改变其州，这意味着您在您需要投入的内容的情况下，您将在系统中获得大量的能量。希望这些调查结果将使我们更接近开发电容器，使电动车辆与汽油发动机相同的加速度能力。“
-peack-
编辑注：以下是论文摘要。
“电磁场诱导聚合物中的相变：高速能量储存的新机制”
作者：V.Ranjan，M. Buongiorno Nardelli和J.Bernholc，北卡罗来纳州立大学高性能仿真和物理系中心中心
发布：在线物理评论信
抽象的：
利用第一性原理模拟，我们确定了pvdf基聚合物的非线性介电响应和高能量密度的微观起源，作为连接系统的非极性和极性相的合作过渡路径。这条路径探索了一个复杂的扭转和旋转流形，并且在相对较低的温度下具有热力学和动力学可达性。此外，引入合适的共聚物显著改变了相之间的能量壁垒，提供了能量密度和临界场的可调性。
