科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然

想象一下，如果你沒(méi)電的筆記本電腦或手機(jī)可在1分鐘內(nèi)充滿(mǎn)電，電動(dòng)汽車(chē)可在10分鐘內(nèi)充滿(mǎn)電，那該多方便！美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校研究人員在新一期《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》發(fā)表的研究成果，為實(shí)現(xiàn)這種愿景帶來(lái)了希望。

論文截圖
圖片來(lái)源：《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》網(wǎng)站

超級(jí)電容器是一種依靠孔隙中離子積累的儲(chǔ)能設(shè)備，與電池相比，超級(jí)電容充電時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)。近年來(lái)，為研發(fā)超級(jí)電容，多孔材料在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，科學(xué)家也利用多種化學(xué)工程技術(shù)來(lái)研究多孔材料中的電流移動(dòng)。

然而，此前的文獻(xiàn)僅描述過(guò)離子在一個(gè)孔隙中的運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)新研究卻可在幾分鐘內(nèi)模擬和預(yù)測(cè)離子在數(shù)千孔隙相互連通的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)動(dòng)。研究人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了微小帶電粒子（稱(chēng)為離子）如何在復(fù)雜的微小孔隙網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)，這一突破將有助于開(kāi)發(fā)超級(jí)電容器等更高效的儲(chǔ)能設(shè)備。

此次的發(fā)現(xiàn)修正了基爾霍夫定律，該定律自1845年以來(lái)一直“支配”著電路中的電流，是課本上電路理論中最基本也是最重要的定律之一。但與電子不同，離子的移動(dòng)既受電場(chǎng)影響，也受擴(kuò)散影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，離子會(huì)在孔隙交叉處移動(dòng)，與基爾霍夫定律所描述的不同。

新發(fā)現(xiàn)不僅有望為汽車(chē)、電子產(chǎn)品等帶來(lái)高效充電設(shè)備，而且對(duì)電網(wǎng)儲(chǔ)能也具有重要意義，因?yàn)殡娋W(wǎng)能源需求波動(dòng)很大，更需要高效的能源存儲(chǔ)，這樣才能盡可能避免在需求低迷期間浪費(fèi)，并確保在需求高漲期間快速提供供應(yīng)。

總編輯圈點(diǎn)：

電池，一種能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。自從有了電池，我們一直在追求更大的電容量、更安全的發(fā)電裝置，以及更快的充電方式?，F(xiàn)代人常常有電量焦慮，我們的手機(jī)，我們的新能源車(chē)，都依賴(lài)電池；而我們的正常生活，又與這些電子產(chǎn)品息息相關(guān)。此次，科研人員的發(fā)現(xiàn)改變了人們對(duì)基爾霍夫定律的認(rèn)知，有望帶來(lái)一種超級(jí)電容器，為實(shí)現(xiàn)快速充電奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然，一分鐘就充滿(mǎn)手機(jī)這個(gè)美好愿景，還得等以后對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行更充分研究、開(kāi)展商業(yè)化應(yīng)用后，才能實(shí)現(xiàn)。