用DVD刻录机制成的微型超级电容

美国研究人员近日公布了他们研制的一种新型电池&＃xff0c;这种电池能在几秒内给手机&＃xff0c;甚至是汽车充满电。

这种名叫微型石墨烯超级电容器的装置的充电或者是放电速度比常规电池快100倍到1000倍。这种利用单原子层碳制成的电池很容易生产&＃xff0c;也很容易与电子产品结合到一起&＃xff0c;甚至有可能促使更小的手机诞生。该科研组表示&＃xff0c;他们的新突破不仅将会导致充电更快的手机和汽车诞生&＃xff0c;而且也会催生更小的电子产品。加州大学洛杉矶分校亨利·萨缪理工程和应用科学学院的材料科学教授理查德·卡纳说&＃xff1a;“储能设备与电路相结合具有很大挑战&＃xff0c;它经常会对整个系统的小型化产生很大限制。”

研究人员为了研制这种新的微型超级电容器&＃xff0c;他们采用两维碳片&＃xff0c;即石墨烯&＃xff0c;它在第三维只有单原子那么厚。该科研组还发现一种能够轻松生产这种电池的方法&＃xff0c;即采用标准DVD刻录机。研究员艾尔·卡迪说&＃xff1a;“制造微型超级电容器的传统方法涉及到劳动密集型光刻技术&＃xff0c;事实证明&＃xff0c;这种方法很难制造出符合成本效益的装置&＃xff0c;因此它大大限制了它们的商业应用。而我们采用消费档次的光雕刻录&＃xff0c;用比传统装置低很多的成本大面积生产石墨烯微型超级电容器。采用这项技术后&＃xff0c;我们能用便宜材料&＃xff0c;在不到30分钟的时间里&＃xff0c;在一个单一的光盘上生产超过100个微型超级电容器。”

为了产生一个高效超级电容器电池&＃xff0c;研究人员需要分开安装两个电极&＃xff0c;以便让它们中间的可用表面积达到最大化。这么做会导致超级电容器储存更多电荷。以前的设计把一层层石墨烯堆叠在一起&＃xff0c;当做电极&＃xff0c;这就如同三明治上的面包片。然而&＃xff0c;这种做法在电子电路上并不起作用。在新设计中&＃xff0c;研究人员以相互交叉的形式&＃xff0c;把电极并排安装&＃xff0c;这与相互交叉的手指类似。这么做有助于扩大两个电极的可用表面积&＃xff0c;并减少电解液里的离子需要传播的路线。因此新型超级电容器具备比堆叠对比物更强的充电能力和速度性能。研究人员表示&＃xff0c;人们甚至可以在家制作这种东西。

理查德·卡纳说&＃xff0c;对于超级电容器来说&＃xff0c;它再“快”也不过是数量上的升级&＃xff0c;“小”才是其最大价值。他表示&＃xff1a;“一直以来&＃xff0c;电子产品的微型化、小型化&＃xff0c;常常会遭遇储能系统方面的阻碍。过大的电池体积&＃xff0c;拖累了整个产品的灵活小巧。”而新型超级电容器不但拥有较小的体积&＃xff0c;且可以轻易整合到其他配件当中。艾尔·卡迪说&＃xff1a;“这种方法非常简单、成本低效率高&＃xff0c;而且能在家中生产。我们只需一个DVD刻录机和分散在水里的氧化石墨&＃xff0c;这种材料能以很低的价格在市场上买到。”该科研组表示&＃xff0c;现在他们希望能与电子产品生产商合作。卡纳说&＃xff1a;“目前我们正在寻找商业合伙人&＃xff0c;帮助我们大量生产我们的石墨烯微型超级电容器。”