據(jù)國外媒體報道，美國科學(xué)家最近研宣布了一種以石墨烯資料為根底的超級電容器，其充電速率遠遠高于一般鋰電池。用這種超級電容器為一部iPhone手機充滿電只是需求5秒鐘。因為運用石墨烯材。

據(jù)國外媒體報道，美國科學(xué)家最近研宣布了一種以石墨烯資料為根底的超級電容器，其充電速率遠遠高于一般電池。用這種超級電容器為一部iPhone手機充滿電只是需求5秒鐘。因為運用石墨烯資料，該超級電容器體積超小且整合性強，被以為將帶來手機、新能源轎車等行業(yè)的革新。

跟著微機電體系(MEMS)的快速開展以及便攜式電子設(shè)備和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的廣泛運用，設(shè)備微型化已成為一個重要開展方向，這就要求與之配套的供能器材必須兼具小的體積和高的功率。

現(xiàn)在為設(shè)備供能的微型發(fā)電機存在不能持續(xù)供能且功率較低的缺陷，而傳統(tǒng)的微型電池則存在充放電功率低、循環(huán)次數(shù)有限、不具備大功率充放電才能且安全性較差等缺陷，因而迫切需求開展一種體積小、功率高、能量密度和功率密度大、運用壽命長的儲能設(shè)備。

神奇的“超級電容器”

超級電容器，也稱電化學(xué)電容器，是根據(jù)高比外表積炭電極/電解液界面產(chǎn)生的雙電層電容，或許根據(jù)過渡金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔锏耐獗砑绑w相所發(fā)生的氧化復(fù)原反響來完成能量的貯存。其構(gòu)造和電池相似，首要包含正負電極、電解液、隔膜和集流體。

作為一種新式儲能設(shè)備，超級電容器具有輸出功率高、充電時間短、運用壽命長、作業(yè)溫度規(guī)模寬、安全且無污染等優(yōu)點，有望成為本世紀(jì)新式的綠色電源。傳統(tǒng)的超級電容器體積較大，不能適應(yīng)微型設(shè)備關(guān)于儲能器材體積較小的要求。因而，高功能微型超級電容器的設(shè)計與制備，以及在微型體系中作為能量存儲單元的運用是當(dāng)時研討的熱門之一。

眾所周知，電極資料是超級電容器的關(guān)鍵所在，它決議著電容器的首要功能指標(biāo)，如能量密度、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性等。截至現(xiàn)在，納米結(jié)構(gòu)的活性炭、碳化物轉(zhuǎn)化炭、碳納米管、炭洋蔥、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯等現(xiàn)已被用于微型超級電容器的電極資料，但是，它們的功能指標(biāo)很難滿意不斷開展的微型能源體系的實際運用要求。并且，制作微型超級電容器電極需求雜亂的光刻工藝，條件苛刻、周期長，因而很難下降產(chǎn)品的本錢及價格，從而阻礙了其商業(yè)化遠景。

由一層碳原子呈蜂窩狀有序擺放而構(gòu)成的石墨烯現(xiàn)已被證明是一種新式且高效的超級電容器電極資料。近來，美國加州大學(xué)洛杉磯分校工程及運用科學(xué)學(xué)院理查德·卡奈爾教授研討團隊開展了以石墨烯為根底的新式微型超級電容器。

令人十分振奮的是，該電容器不只具有細巧的外形，更重要的是能夠在極短的時間內(nèi)完結(jié)充電，其充放電的速度比標(biāo)準(zhǔn)電池快數(shù)百倍乃至上千倍。

此外，這種石墨烯基微型超級電容器還具有極佳的柔性，一般的歪曲不會影響電容器的功能。更令人驚奇的是，制作這種體積很小的微型超級電容器并不需求高精尖的設(shè)備器械，運用一臺一般的家用DVD光雕刻錄機就能夠完結(jié)整個生產(chǎn)進程。該研討團隊能在不到30分鐘的時間內(nèi)，在一張光盤上生產(chǎn)出100多個石墨烯微型超級電容器，其工藝進程簡略，并且所用資料都很廉價。

除了電極資料，該團隊對電極結(jié)構(gòu)也進行了優(yōu)化和比較。與較為普遍的三明治夾層式石墨烯電極比較，光刻得到的平面石墨烯電極具有愈加優(yōu)越的電容功能。并且，相同面積的石墨烯，手指穿插形狀的微型電極數(shù)量越多，電容器的功能就越好。

一起，該團隊還初次提出了一種由納米二氧化硅和離子液體混合構(gòu)成的新式固態(tài)電解質(zhì)。與傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)比較，該電解質(zhì)能夠數(shù)倍進步電容器的容量及經(jīng)用時間，該方面的功能乃至能夠和薄膜型的鋰離子電池相媲美。

因而，這種新穎的石墨烯微型電容器有望作為MEMS體系、便攜式電子設(shè)備、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、柔性顯示器、電子報紙，及其多種生物體內(nèi)電子設(shè)備的儲能器材得到運用。

中國積極參與

近些年，跟著針對石墨烯這種“萬能資料”研討的不斷深入和國家對新能源范疇的大力支持和投入，一些高校和科研院所，包含清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)，中科院物理研討所、金屬研討所、寧波資料所以及蘭州化物所等，都在積極開展石墨烯基微型超級電容器的研討作業(yè)。

例如，清華大學(xué)科研人員成功制備了具有高倍率特性的三維石墨烯微型超級電容器，中科院蘭州化物所科研人員在國際上初次發(fā)現(xiàn)石墨烯量子點具有極好的電容特性，以其為電極資料制備的微型電容器具有極好的倍率特性和頻率響應(yīng)特性。

一個抱負的微型超級電容器應(yīng)該一起包含高功能的電極資料、與之相匹配的電解液以及科學(xué)合理的電極結(jié)構(gòu)。電極資料方面，炭電極的導(dǎo)電性及循環(huán)穩(wěn)定性好，而金屬氧化物則能夠存儲更多的電荷，因而，兩者的有用結(jié)合將會構(gòu)成十分抱負的電極資料。

電解液方面，離子液體能夠明顯進步電容器器材的作業(yè)電壓、充放電持續(xù)時間以及運用溫度規(guī)模。微型電極結(jié)構(gòu)方面，將電極做成立體三維結(jié)構(gòu)可獲得更大的外表積，有利于負載更多的電極活性物質(zhì)以及確?；钚晕镔|(zhì)的充分運用，從而有利于改進電容器電荷存儲功能。

因而，以石墨烯—納米金屬氧化物復(fù)合資料作為電化學(xué)活性資料，輔之以結(jié)構(gòu)合理的三維電極，并選擇適宜的離子液體電解液，就有望完成制備兼具傳統(tǒng)電容器和鋰離子電池兩層優(yōu)勢的儲能器材，這將會成為未來該范疇的一個重要研討開展方向。

此外，持續(xù)尋求快速有用且本錢低廉的微型電極制作技能、電容器封裝和模塊化技能，以及微型超級電容器與其他能源器材的耦合技能等也是未來的研制要點。