新型超级电容器可作为固态湿度传感元件
4月27日消息，据NASA报道，NASA工程师开发了一款由固态材料制成的新型NASA超级电容器，旨在存储能量，并且比使用有毒液体和凝胶制成的电池更安全。同时在测试此新电源时，研究人员发现新型NASA超级电容器对湿度显示出显着的灵敏度，可作为灵敏的固态湿度传感器使用，该传感器可为冰箱或航天器内部提供湿度水平读数，并且可以用在许多行业中。
这款新型NASA超级电容器是一种固态材料，旨在存储能量，并且比使用有毒液体和凝胶制成的电池更安全。在测试此新电源时，它对湿度显示出显着的灵敏度。图片来源：NASA
NASA工程师研发新型电源——超级电容器
正如马歇尔航天飞行中心的电子系统故障分析专家特里·罗林博士所知道的那样，很多技术可能也确实会出错。而他的工作就是找到解决问题的办法，如果找不到，就发明新的办法。当罗林和他的团队在2011年的任务是找出导致一个特别大的电池系统失效的原因时，这让他们考虑了一个根本问题：我们能不能设计一个更好的电源？
凭借团队在材料工程方面的背景，罗林和他的团队开始工作，他们考虑到电源的理想特性，试图找到比传统系统更好的材料来满足这些标准，从而采取了一种空前的方法来解决这个问题。
罗林解释说：“我们开始研究固体材料，以远离液体和凝胶，避免有毒物质，在对纳米材料进行了一些尖端工程之后，我们发明了一种新的装置，我们称之为超级电容器。”
据罗林说，这种超级电容器是一种新型的电源，类似于超级电容器和电池的混合体。具体地说，它结合了高电容（或储存电荷的能力）和“类似电池的放电特性”——即随着时间的推移提供持续的电力。作为一种固态材料，它也更能抵抗恶劣的环境，比如空间的极端温度，而且它比传统的电池系统更安全地制造和操作。
虽然罗林和他的团队希望这种革命性的材料在太空和商业动力系统方面有着广阔的前景，但与此同时，他们的创新材料在性能上的一个“怪癖”却打开了一个意想不到的应用领域。
固态湿度传感器的偶然发现使正在研究新电源技术的NASA工程师感到惊讶。
新型超级电容器也是一种固态湿度传感元件
在早期的测试中，罗林注意到一个他无法解释的特点：“为了一个好的储能系统，我们需要大量的电容。当我拿着超级电容器测试时，它的电容真的很高。但当我把它放在桌子上再次测试时，它急剧下降。”
技术人员最初认为罗林的体温会影响电容，所以他们在一个热室里进行测试，但电容并未改变。
罗林解释说：“我们很快就意识到是呼吸中的水分导致了这种巨大的变化，我们把它放在一个潮湿的室内，果然，我们看到了电容在一定湿度范围内的巨大反应。”
湿度传感器通过检测改变电流或温度的变化来测量空气中的湿度，NASA的超级电容器对变化的环境极其敏感，能探测到微小的位移，它也很快恢复，因为它很容易将收集到的表面水分散掉。
为了测量这个湿度传感器响应时间的速度，研究小组用商用湿度传感器测试了它的性能，发现速度更快。
在完成了所有的室内湿度测试后，位于马萨诸塞州沃本的NASA供应商Roscid科技公司联系了NASA，该公司向NASA提供高端分析设备，用于测试高纯度气体测量，对这项新技术进行评估测试，这些测试是在“一些相当恶劣的环境”下进行的，包括“可怕的化学物质、巨大的温度变化和大量的循环。”最后该公司证实了NASA新发明的材料具有宝贵的第二属性。
NASA的新型固态湿度传感器可以用更可靠的硬件彻底改变行业。图片来源：NASA
新型固态湿度传感器将在许多行业有所作为
感测表面的大小取决于许多因素：感测材料的类型、环境和应用都需要被考虑在内。大多数传感器使用某种聚合物或陶瓷，这些材料的灵敏度很低，所以它们必须相当大。而且所有现有湿度传感器都可能遇到的一个问题是它们在测试的湿度时造成的损坏，随着时间的推移，传感器会吸收液体，腐蚀传感材料，这会导致读数漂移，或者可能导致传感器完全停止工作。因此，为了保证数据的准确性和更换损坏的单元，有必要进行连续监测，这意味着大多数传感器寿命短，也增加了系统维护成本。
在许多行业，如制药行业，湿度是制造业的一个问题，因此对湿度的感知和控制至关重要，如果传感器发生故障或校准漂移，可能会导致重大损失。在处理每一批药品后，制药公司必须对照校准标准检查传感器，以确保它们没有漂移。如果任何一个单元失败，它们可能必须返回并重新执行或隔离最后一批，稳定的传感器将使公司有可能扩大校准周期，从而对利润产生重大影响。NASA的新型固态湿度传感器可以用更可靠的硬件来彻底改变这个行业，NASA的传感材料是固态结构，所以没有什么需要冲洗的，这种可靠性是高湿度、低温应用（如制冷）的基本特性。
新的湿度传感器可以在其他方面也有所帮助，比如监测地下储气罐内的湿度水平可以降低水进入汽车的可传输性；传感器也可以添加到汽车油箱中，在湿气进入燃料供应之前警告驾驶员；军用飞机中使用该湿度传感器，能够准确地读取飞机飞行时大气中的露点水平；湿度传感器也可用于环境控制和生命支持系统中，该传感器将帮助监测从宇航员的睡眠呼吸暂停到早期发现危险的系统泄漏的一切。
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