碳纳米管石墨烯制成的电极,能量密度都是每公斤155瓦时,可媲美镍氢电池。
一个简单的窍门,可以提高先进超电容器或超级电容器存储电荷的性能。这项技术是由斯坦福大学(Stanford University)的研究人员开发的,可以使用新型纳米电极材料,储存更多能量。
覆盖:扫描电子显微镜图像显示,纳米结构的石墨烯-锰氧化物电极表面覆盖导电的碳纳米管(顶部)和聚合物(底部)。
来源:麻省理工科技创业
虽然超级电容器可提供快速能量爆发,而且充电次数比电池多很多,不会丧失它们的存储容量,但是,它们可存储能量只有电池的十分之一,这就限制了它们的应用。为了提高它们的能量密度,研究人员集中使用具有更大表面积的电极材料,如石墨烯和碳纳米管,它们可容纳更多携带电荷的离子。
斯坦福大学的研究小组是由崔毅(Yi Cui)和包哲南(Zhenan Bao)领导,他们用的复合电极,是用石墨烯和锰氧化物制成。锰氧化物被认为是一种有吸引力的电极材料,因为“首先,锰是丰富的,所以它的成本非常低,”崔毅说。“它也有较高的理论容量,可以存储离子,用于超级电容器。”然而,在过去,它的使用受限于低导电性,这使得输送离子进出这种材料都很困难。
研究人员浸泡了这种复合电极,就浸泡在碳纳米管溶液中,或导电聚合物溶液中。这种涂层提高了电极的导电性,因而也提高了它们的电容,就是存储电荷的能力,分别提高了20%和45%。研究人员报道了他们的成果,论文在线发表在《纳米快报》(Nano Letters)杂志上。
“这是一个重要的进步,” 秦路畅(Lu-Chang Qin)说,他是教堂山(Chapel Hill)北卡罗来纳大学(University of North Carolina)物理学教授,最近开发出类似的石墨烯-锰氧化物电极。这些结果“有望带来新一代超级电容器,” 秦路畅说。不过,他指出,斯坦福大学的研究小组还没有测量新电极的能量密度。秦路畅与日本研究人员合作,用碳纳米管石墨烯制成电极。这些电极的能量密度都是每公斤155瓦时,可媲美镍氢电池(nickel–metal hydride batteries)。
江博尔(Bor Jang)是纳米技术及仪器公司(Nanotek Instruments)的创始人之一,这家公司在俄亥俄州(Ohio)代顿(Dayton),制作石墨烯电极,用于超级电容器,他说,这种新电极可能缺乏能量密度。此外,他说,“结合石墨烯、锌锰和导电聚合物或碳纳米管,可能会超量毁伤。”
其他人已取得高得多的电容数值,用的是石墨烯金属氧化物或导电聚合物电极。然而,崔毅说,最令人兴奋的是,这项新成果是这样一种简单的浸渍技术,可以提高电容。他说,可用这项技术改善导电性的,还有其他电极材料,如硫,硅和磷酸锂锰(lithium manganese phosphate),从而可以提高锂离子电池的性能。崔毅和他的同事正努力改善电池电极,使用的就是这种新方法。