纳米管束推动固态储能器发展

2011-9-13 10:35 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,莱斯大学研究人员发明了一种以纳米管为基础的固态超级电容器。它有望集高能电池和快速充电电容器的最佳性质于一个装置中,以适合极限环境下使用。相关研究成果发表在《碳杂志》上。

  双电层电容器(EDLCs)一般被称为超级电容器,拥有比电池等用于调节流量或供应电力的快速突发的标准电容器多几百倍的能量,同时还有快速充电和放电的能力。但是基于液态或凝胶电解质的传统EDLCs,在过热或过冷的状况下会发生故障。莱斯团队研发的超级电容器利用一种氧化物电介质的固态纳米级表层取代电解质,避免了这一问题。

  超大电容的关键是让电子的栖息地有更多的表面面积,而在地球上没有任何东西比碳纳米管在这方面的潜能优势更大。当投入运用时,纳米管会自组装成密集、对齐的结构。当被转化为自足的超级电容器后,每个纳米管束的长度都比宽度多500倍,而一个小芯片可能有上千万个纳米束。

  莱斯团队首先为这个新装置培植了大量由15毫微米到20毫微米的纳米束单壁碳纳米管组成的长达50微米的阵列。这个阵列继而会被转化为一个铜电极,该铜电极的涂层由金和钛组成,这能助其提高附着力和电稳定性。为提高导电性能,纳米管束(原电极)会掺杂硫酸,然后会被通过原子层沉积(ALD)的方法,涂上一层氧化铝(介电层)和掺杂了铝的氧化锌(反电极)的薄膜。

  这种储能器适用范围广,小至纳米电路的芯片、大到整个发电厂,都能从中获益。研究人员卡里·品特称,没有人采用这么大纵横比的材质和类似ALD的方法组建过这一装置。“这种超级电容器能在高频循环下拥有电荷,并能自然地整合到材料中。”

  莱斯实验室的化学家罗伯特·豪格称,这种新的超级电容器具有稳定性和扩展性。“所有的能量储存器的固态方案都将会密切整合到很多装置中,包括柔性显示器、生物植入物、多种传感器和其他电子装置。它们都能从快速充电和放电中获益。”