美國突破性發現！可讓手機電腦1分鐘充滿電，電動汽車10分鐘充滿
美國科羅拉多大學化學工程師安庫爾·古普塔發現了描述超級電容器中離子運動的“缺失環節”，修正了已存在近200年的基爾霍夫定律，從而讓科學家們能夠模擬和預測離子在多孔材料中的運動，有望開發出讓手機筆記本電腦1分鐘充滿電，電動汽車10分鐘充滿電的超級電容器。
平均來說，超級電容器充放電速度可以比鋰離子電池快10倍，但儲存能量也只有鋰離子電池的1/10，從而讓電容器取代商業鋰離子電池變得完全不可行。這是由1845年發現的基爾霍夫定律決定的，這個定律主要用於描述電流和電壓，但它只適用於單個孔隙中的電子運動，無法準確預測離子在多孔材料中的行爲。
古普塔發現，離子在孔隙交叉處的移動與基爾霍夫定律所描述的不同，它既受電場影響，也會受到擴散的影響。古普塔因而通過應用化學工程技術，開發了一種新模型，在不影響精度的情況下，將數值計算速度提高了6個數量級，可以在幾分鐘內模擬和預測離子在一個由數千個相互連通的孔隙組成的複雜網絡中的運動。這意味着科學家們可以更有效地預測離子運動，開發出具有更高儲能潛力的超級電容器。
簡單來說，就是古普塔解決了基爾霍夫定律的侷限，發現了離子在多孔材料中的運動方式，從而爲開發能存儲更多能量的超級電容器奠定了基礎，科學家們有望藉此開發出儲能媲美鋰離子電池，但充放電速度和循環壽命都遠超鋰離子電池的新的儲能設備。
如果這一理論得到實際應用，不僅可能徹底改變手機、筆記本、電動汽車的儲能方式，對正在蓬勃發展的人工智能和機器人領域也將產生重大影響，而它最重要的影響可能還在電網上，因爲這種極爲高效的充放電儲能，可以快速響應電網的削峯填谷要求，讓電網變得更加穩定。
這項研究發表在5月24日《美國國家科學院院刊》上。
標題：A network model to predict ionic transport in porous materials
鏈接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2401656121
