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新型超级电容充电仅需200微秒

2010.10.18

设计中用石墨烯基片替代了多孔化活性炭

　　据美国物理学家组织网近日报道，美国科研人员制成了一种新型超级电容(DLC)，只需不到1毫秒的时间即可完成充电，并在交流电路的测试中获得了成功。相关论文发表在近期出版的《科学》杂志上。

　　超级电容也称双电层电容器，是一种新型储能装置，能在几秒钟内完成充电，此外还具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点，在数码相机、掌上电脑、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值。

　　超级电容主要通过导体的表面来存储电荷，因此用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。目前超级电容大多采用多孔化活性炭结构来扩大储能面积，这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离，使其与普通电容相比储能容量更大，与电池相比能量传递速度更快。但就某些设备而言，这区区几秒的充电时间仍然显得有些长。

　　由美国JME公司（位于俄亥俄州谢克海茨市的一家电容公司）总裁约翰·米勒所带领的一个研究团队，对超级电容的结构和电极进行了新的设计，使其充电的时间缩短到了200微秒(人类每次眨眼的时间约为0.2秒—0.4秒，即20万微秒—40万微秒)。新的电极由美国维吉尼亚州威廉玛丽学院的罗恩·奥特洛设计。整体由一组与底座垂直的石墨烯基片构成：石墨烯基片只有一个原子厚，由等离子体化学沉积而成；其基座由10纳米厚的石墨制成。米勒形象地称其为“一组600纳米高的土豆片并排站在一起”。实验显示，与原先的多孔化活性炭结构制成的超级电容相比，新电容效率更高，能在更短的时间内完成充电。

　　据米勒的研究小组称，这种新型超级电容不但能够取代比其大6倍的传统电容以腾出更多的空间，还能更好地平抑电路中的电压波动。此外，该电容还在一个交流整流滤波电路的测试中获得了成功，而先前由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属，超级电容曾一度被认为不能用于交流电路。

　　罗恩·奥特洛说，下一步他们还将设法使石墨烯薄片更长更平行，以在最大电容量和离子流最小束缚中找到一个平衡点，使超级电容发挥出更好的性能。而随着重量和尺寸逐渐缩小，超级电容还将在航空、航天、军事等更多领域获得应用。

石墨烯活性炭

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