便攜式電子產(chǎn)品曾經(jīng)面臨的一大問(wèn)題是如何能夠制備出小巧的設(shè)備,以方便攜帶。經(jīng)過(guò)二十世紀(jì)七十年代的技術(shù)革新,使得小型化、便攜式電子設(shè)備成為可能,而從那時(shí)起續(xù)航能力則成為了新的挑戰(zhàn);瘜W(xué)電池可以儲(chǔ)存大量能量,但是其充放電過(guò)程比較漫長(zhǎng),且電池壽命有限。電容器能實(shí)現(xiàn)快速充電,但是其儲(chǔ)存電量有限,因?yàn)椴荒苓M(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。因此,一種固態(tài)微型超級(jí)電容器應(yīng)運(yùn)而生。超級(jí)電容器具有電池的電量,并且能夠維持電量很長(zhǎng)一段時(shí)間。過(guò)去研究人員試圖采用金屬和高分子混合材料來(lái)制備固態(tài)微型超級(jí)電容器,但是其續(xù)航能力不能滿足實(shí)際需要。而最近,采用石墨烯和碳納米管制備的固態(tài)微型超級(jí)電容器效果也是乏善可陳。
由Young Hee Lee帶領(lǐng)的一只國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù),這種技術(shù)制備的固態(tài)微型超級(jí)電容器則很好地解決了之前的問(wèn)題,具有很好的效果。當(dāng)我們進(jìn)行新的復(fù)雜的設(shè)計(jì)時(shí),最好的靈感往往來(lái)自于大自然。該團(tuán)隊(duì)對(duì)其電容器薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修飾,從而有利于離子擴(kuò)散至石墨烯表面。為了獲得這樣的形狀和結(jié)構(gòu),該團(tuán)隊(duì)將氫氧化銅納米線與石墨烯膜相互復(fù)合。經(jīng)過(guò)多層復(fù)合之后,他們獲得了想要的厚度,然后在酸性溶液中浸泡,從而可以溶解納米線,而納米管壁則仍然保留下來(lái)。為了合成固態(tài)微型超級(jí)電容器,首先薄膜應(yīng)用到薄塑料層上,而且覆蓋金片層。沒(méi)有被金片層覆蓋的部分則被侵蝕掉,從而只留下金片覆蓋的部分。然后在垂直于金帶的方向加入金,并采用導(dǎo)電凝膠進(jìn)行填充,然后進(jìn)行固化,最后完成剝離。
該團(tuán)隊(duì)的測(cè)試結(jié)果令人驚嘆。除了其超級(jí)強(qiáng)大的能量密度以外,該薄膜的靈活度非常高,而且經(jīng)過(guò)首次使用以后其電容更高。其能量密度是當(dāng)前商用超級(jí)電容器的10倍。該固態(tài)微型超級(jí)電容器的電子特性比目前類似鋰電池幾乎高5級(jí),可以和目前的超級(jí)電容器相媲美。在未來(lái),消費(fèi)者更傾向于使用固態(tài)微型超級(jí)電容器而不是電池。而在光以及能量存儲(chǔ)方面具有更長(zhǎng)的壽命和更快的電子傳輸速度。該團(tuán)隊(duì)的開(kāi)發(fā)的固態(tài)微型超級(jí)電容器具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,包括醫(yī)療設(shè)備,微型機(jī)器人等。如果工程師利用材料的便攜性,那么這種固態(tài)微型超級(jí)電容器甚至可用于可穿戴設(shè)備。
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