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【產(chǎn)通社，4月17日訊】隨著智能設(shè)備、可穿戴傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和植入式電子設(shè)備的尺寸縮小，它們所依賴的儲能設(shè)備也應(yīng)該縮小。超級電容器具有很高的能量儲存，以及處理快速充放電循環(huán)的能力，將再造傳統(tǒng)的化學(xué)電池——近年來已經(jīng)縮小到“微型”大小。現(xiàn)在，印度的研究人員報告了迄今為止最小的微型超級電容器，使用了二維材料石墨烯和二硫化鉬(MoS2)。
印度科學(xué)研究所儀器和應(yīng)用物理學(xué)教授Abha Misra說，這種最新的微型超級電容器名副其實。盡管上一代器件只有微米級，但測量結(jié)果更接近毫米級，“我們已經(jīng)實現(xiàn)了三個數(shù)量級的尺寸縮減。我們真的已經(jīng)到了微米級�！�
超級電容器是電池和電容器的混合體。電容器通過由薄絕緣材料隔開的兩個導(dǎo)電表面上積累電荷來儲存能量。與此同時，電池通過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
像電池一樣，超級電容器由兩個電極組成——通常由超級電容器中的碳材料制成——浸漬有允許離子流過的液體電解質(zhì)。當(dāng)施加電壓時，電解質(zhì)中的離子移動到帶相反電荷的電極表面。電荷在電極和電解質(zhì)之間的界面聚集，形成所謂的“雙電層”，這使得它們能夠快速儲存和輸送大量的能量。除了快速充電和高功率之外，它們的續(xù)航時間也比電池長得多。
為了制造用于小型電子設(shè)備和傳感器的微型超級電容器，研究人員已經(jīng)將各種形式的石墨烯用于電極�！叭藗兺ǔＶ谱魇┠�，并將其噴涂在電極上，”Misra說。這一過程通常會產(chǎn)生小型毫米級超級電容器。她說，但這種器件的功能通常很難控制，而石墨烯的噴涂應(yīng)用產(chǎn)生了一種隨機結(jié)構(gòu)，這限制了電容。
Misra和她的同事用多層電極制造了他們的超微超級電容器。每個電極都是由幾片2D二硫化鉬薄片和幾片石墨烯薄片組成的。一旦研究人員在二氧化硅襯底上制作了分層電極，他們就用凝膠電解質(zhì)覆蓋它們。所得器件的電容為1.8毫法每平方厘米(mF/cm2)。
她說，2D材料的優(yōu)勢在于它們是半導(dǎo)體。所以每個電極本質(zhì)上都是一個場效應(yīng)晶體管。當(dāng)研究人員從二氧化硅下施加?xùn)艠O電壓時，電子被吸引到材料表面。這將離子吸引到二硫化鉬和石墨烯片之間的空間。她解釋說，雙電層不僅在電極-電解質(zhì)界面上形成，也在電極層之間形成。這使得電容猛增30倍，達到54 mF/cm2。
其他人報道了超級電容器裝置具有更高電容值。Misra說，但就其真正的微米尺寸而言，這種新器件顯示出異常高的電容。此外，她說，這些器件提供了更容易與電子芯片集成的選項，因為它們使用凝膠電解質(zhì)而不是液體。
該團隊現(xiàn)在計劃使用其他2D材料制造器件，看看它們是否能進一步提高電容。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在最近一期的ACS能源快報（ACS Energy Letters）上。（來源：IEEE spectrum；編譯：Donna Zhang，張底剪報廠）
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