萊斯大學(xué)研究人員發(fā)明了一種以納米管為基礎(chǔ)的固態(tài)超級電容器。它有望集高能電池和快速充電電容器的最佳性質(zhì)于一個裝置中，以適合極限環(huán)境下使用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《碳雜志》上。

  雙電層電容器（EDLCs）一般被稱為超級電容器，擁有比電池等用于調(diào)節(jié)流量或供應(yīng)電力的快速突發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)電容器多幾百倍的能量，同時還有快速充電和放電的能力。但是基于液態(tài)或凝膠電解質(zhì)的傳統(tǒng)EDLCs，在過熱或過冷的狀況下會發(fā)生故障。萊斯團(tuán)隊研發(fā)的超級電容器利用一種氧化物電介質(zhì)的固態(tài)納米級表層取代電解質(zhì)，避免了這一問題。

  超大電容的關(guān)鍵是讓電子的棲息地有更多的表面面積，而在地球上沒有任何東西比碳納米管在這方面的潛能優(yōu)勢更大。當(dāng)投入運(yùn)用時，納米管會自組裝成密集、對齊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)被轉(zhuǎn)化為自足的超級電容器后，每個納米管束的長度都比寬度多500倍，而一個小芯片可能有上千萬個納米束。

  萊斯團(tuán)隊首先為這個新裝置培植了大量由15毫微米到20毫微米的納米束單壁碳納米管組成的長達(dá)50微米的陣列。這個陣列繼而會被轉(zhuǎn)化為一個銅電極，該銅電極的涂層由金和鈦組成，這能助其提高附著力和電穩(wěn)定性。為提高導(dǎo)電性能，納米管束（原電極）會摻雜硫酸，然后會被通過原子層沉積（ALD）的方法，涂上一層氧化鋁（介電層）和摻雜了鋁的氧化鋅（反電極）的薄膜。

  這種儲能器適用范圍廣，小至納米電路的芯片、大到整個發(fā)電廠，都能從中獲益。研究人員卡里-品特稱，沒有人采用這么大縱橫比的材質(zhì)和類似ALD的方法組建過這一裝置。“這種超級電容器能在高頻循環(huán)下?lián)碛须姾?，并能自然地整合到材料中?rdquo;

  萊斯實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家羅伯特·豪格稱，這種新的超級電容器具有穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。“所有的能量儲存器的固態(tài)方案都將會密切整合到很多裝置中，包括柔性顯示器、生物植入物、多種傳感器和其他電子裝置。