Nature Co妹妹unications：水性介量电化教电容器真现数百伏任意波形交流电转直流电 – 质料牛

发布时间：2025-05-18 11:13:15 来源： 作者：揭开面纱

【布景】

滤波电容器是妹妹今世电子电路中必不成少的元件。传统的水性数百滤波电容器由于体积小大、挨算干燥、介量教电开用规模窄等特色，电化每一每一受到限度。容器本文研制了一种开用于1 ~ 10000 Hz宽频率规模的真现转直质料交流电滤波的水基电化教电容器。那电容器正在120 Hz时具备一个里积比能量稀度438 μFV²cm^-2,伏任那是古晨为止所知正在水基电化教电容器述讲中的历史新下。它可能将任意交流波形导致噪声转换为直线旗帜旗号。意波该电容单元经由散成后，形交正在不舍身滤波才气的流电流电条件下，可患上到数百伏特(如200 V及以上)的妹妹工做电压。该电容用具备频率规模宽、水性数百工做电压下的介量教电综开特色，开用于多场景的电化交流电转直流电滤波，具备尾要的容器开用价钱。

【功能简介】

远期，Nature Co妹妹unications期刊上宣告题为“Arbitrary waveform AC line filtering applicable to hundreds of volts based on aqueous electrochemical capacitors”的研分割文。浑华小大教专士去世吴明懋战池凤瑶为本论文配开第一做者，直良体教授为通讯做者，开做单元收罗浑华小大教战北京理工小大教。做者述讲了一种基于勾通挨算的水基电化教电容器(AHECs)的百伏级交流滤波器。正在那类电化教系统中，晃动的电极质料具备较下的电导率战较小大的多孔挨算，有利于电子的快捷传输战卓越的单电层电容动做。散漫水系电解量下的离子电导率, AHEC具备低的等效勾通电阻0.21 Ωcm²,小于老例AEC。同时, 与报道的远似相位角的水基电化教电容器ECs比照，可比相角下AHEC正在120 Hz具备下的容量438 μFV²cm^-2。因此，该AHEC的比能稀度小大，总阻抗低，能正在1 ~ 10000 Hz的宽频率规模内实用天将交流电滑腻为直流电。此外，AHEC勾通散成许诺正在不舍身速率功能战频率吸应特色的情景下真现下达数百伏（好比，200V及以上）交流电转换为交流电。该电压窗心可能知足从小型便携式配置装备部署到小大型电器的种种要供。此外，毗邻的AHEC单元可能将任意的交流波形导致电的噪声滑腻为直流旗帜旗号，批注其普遍顺应性，对于将去真践滤波电容用具备卓越的操做远景。

【图文导读】

图1.电极质料的制备与挨算

(a) 酸预处置散(3,4-乙两氧噻吩)(PEDOT)正极、电化教复原复原氧化石朱烯(ErGO)背极的制备及水基电化教电容器(AHEC)的组拆示诡计，GO代表氧化石朱烯；

(b-c) 不开放大大倍数下PEDOT正极的SEM图像；

(d) PEDOT正极下角环形暗场TEM图像；

(e-f) ErGO背极的顶部战截里SEM图像；

(g) AHEC单元及种种商用铝电解电容器(AECs)照片。

图2.钻研了单电极战AHEC单元的循环伏安功能

(a) 散(3,4-乙两氧噻吩)(PEDOT)正极扫描速率为1 V s^-1正在不开电位规模内的循环伏安(CV)直线；

(b)扫电化教复原复原氧化石朱烯(ErGO)背极描速率为1 V s^-1时不开电位规模内循环伏安(CV)直线；

(c) 扫描速率为10 V s^-1时，PEDOT电极战ErGO电极正在不开电位窗中的CV直线。

(d) 不开电压规模下，扫描速率为10 V s^-1的水基电化教电容器(AHECs)的CV直线。

(e) 扫描速率为1000 V s^-1时AHEC的CV直线。

(f) 放电电流稀度与AHEC扫描速率的关连图。

图3. 单元的电化教功能

(a) 相位角与频率的关连图；

(b) 僧奎斯特图;插图:正不才频率下睁开的视图；

(c) 比容(C '或者C ")的真部或者真部随频率的直线图；

(d) 里积比电容(CA)随频率的函数图；

(e) 水基异化电化教电容器(AHEC)的EA战电压窗与文献报道的交流路线滤波电化教电容器(ECs)的比力；

(f) 正在电流稀度为5 mA cm ^{- 2}时，AHECs的循环晃动性战库仑效力可达10,000次。

图4. AHEC的滤波功能

(a) 道理图:该电路用于滤波电路的演示;光教图像:水基异化电化教电容器(AHEC)战南北极管桥板电路上滑腻交流旗帜旗号；

(b) AHEC与商用AEC正在60 Hz下交流路线滤波功能的比力；

(c-i) AHEC单元对于任意波形的滤波功能。

图5. 频率滤波的功能战滤波历程

(a) 水基异化电容器(AHEC)战铝电解电容器(AEC)正在1 Hz时的交流滤波功能;

(b) AHEC战AEC输入旗帜旗号数据随频率的圆好直圆图;

(c) 整流器道理图及其电路;

(d) AHEC单元道理图及其滤波历程;

(e) 将正弦交流旗帜旗号转换成直流旗帜旗号的历程。

【论断】

本文研制了一种配合的下比容量小大电压窗心的交流滤波器，该滤波器工做频率规模从1 Hz到10000 Hz，组拆后累计工做电压可达多少百伏。与此同时, AHEC隐现出面签字积比能量稀度为438 μF V²cm^-2的记实, 可能正在宽频率规模内战下压条件滑腻任意交流波形为直流。思考到其下能量稀度战卓越的滤波功能，所制备的AHEC对于将去的多场景通用滤波电容用具备尾要的开用价钱。

文献链接

Arbitrary waveform AC line filtering applicable to hundreds of volts based on aqueous electrochemical capacitors

本文由质料人编纂luna编译供稿，质料牛浑算编纂。

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