本文提出了一種利用石墨烯特性提高電能儲存密度的新概念。
與傳統三板金屬電容器相比,當中板為石墨烯時,外部靜電場可穿透石墨烯,使中板上的電子不會完全被屏蔽。這使得中板上的電子可以處於零淨力的平衡狀態,理論上可以承受更高的電場強度而不發生電擊穿。
但這種平衡狀態是不穩定的,可能會因熱擾動而破壞。作者提出通過在石墨烯中施加交流電流,產生的洛倫茲力可以將電子定位在中板上,形成有效的時間獨立勢能,使系統達到穩定平衡。
數值模擬結果顯示,在合適的參數下,這種交流電流產生的有效勢能可達60 eV,遠高於室溫下的熱能(25 meV),足以穩定住中板上的電子。
理論上,這種三板石墨烯電容器的電能儲存密度可超過汽油,達到300 MJ/m3。使用碳納米管作為側板材料,理論上可達到100 GV/m的電場強度,能量密度超過汽油。
這種高密度電能儲存技術可應用於無燃油飛機、終生充電的手機和筆記本電腦等領域,對人類文明發展有重大影響。
作者還提出了驗證這一概念的實驗設計,希望能為未來的實現提供基礎。
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