- 具有穩(wěn)定性和擴(kuò)展性
- 能快速充電和放電
- 應(yīng)用于納米電路的芯片
- 或應(yīng)用于整個(gè)發(fā)電廠
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，萊斯大學(xué)研究人員發(fā)明了一種以納米管為基礎(chǔ)的固態(tài)超級(jí)電容器。它有望集高能電池和快速充電電容器的最佳性質(zhì)于一個(gè)裝置中，以適合極限環(huán)境下使用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《碳雜志》上。
雙電層電容器（EDLCs）一般被稱(chēng)為超級(jí)電容器，擁有比電池等用于調(diào)節(jié)流量或供應(yīng)電力的快速突發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)電容器多幾百倍的能量，同時(shí)還有快速充電和放電的能力。但是基于液態(tài)或凝膠電解質(zhì)的傳統(tǒng)EDLCs，在過(guò)熱或過(guò)冷的狀況下會(huì)發(fā)生故障。萊斯團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超級(jí)電容器利用一種氧化物電介質(zhì)的固態(tài)納米級(jí)表層取代電解質(zhì)，避免了這一問(wèn)題。
超大電容的關(guān)鍵是讓電子的棲息地有更多的表面面積，而在地球上沒(méi)有任何東西比碳納米管在這方面的潛能優(yōu)勢(shì)更大。當(dāng)投入運(yùn)用時(shí)，納米管會(huì)自組裝成密集、對(duì)齊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)被轉(zhuǎn)化為自足的超級(jí)電容器后，每個(gè)納米管束的長(zhǎng)度都比寬度多500倍，而一個(gè)小芯片可能有上千萬(wàn)個(gè)納米束。
萊斯團(tuán)隊(duì)首先為這個(gè)新裝置培植了大量由15毫微米到20毫微米的納米束單壁碳納米管組成的長(zhǎng)達(dá)50微米的陣列。這個(gè)陣列繼而會(huì)被轉(zhuǎn)化為一個(gè)銅電極，該銅電極的涂層由金和鈦組成，這能助其提高附著力和電穩(wěn)定性。為提高導(dǎo)電性能，納米管束（原電極）會(huì)摻雜硫酸，然后會(huì)被通過(guò)原子層沉積（ALD）的方法，涂上一層氧化鋁（介電層）和摻雜了鋁的氧化鋅（反電極）的薄膜。
這種儲(chǔ)能器適用范圍廣，小至納米電路的芯片、大到整個(gè)發(fā)電廠，都能從中獲益。研究人員卡里-品特稱(chēng)，沒(méi)有人采用這么大縱橫比的材質(zhì)和類(lèi)似ALD的方法組建過(guò)這一裝置。“這種超級(jí)電容器能在高頻循環(huán)下?lián)碛须姾?，并能自然地整合到材料中?rdquo;
萊斯實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家羅伯特-豪格稱(chēng)，這種新的超級(jí)電容器具有穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。“所有的能量?jī)?chǔ)存器的固態(tài)方案都將會(huì)密切整合到很多裝置中，包括柔性顯示器、生物植入物、多種傳感器和其他電子裝置。它們都能從快速充電和放電中獲益。”
