據美(mei)國(guo)物理學(xue)家組織網近(jin)日(ri)報(bao)道，萊(lai)斯大學(xue)研(yan)究(jiu)人員發明了一(yi)種以(yi)納米管為(wei)基礎(chu)的(de)固態超級電(dian)(dian)容(rong)(rong)器。它有望(wang)集高能(neng)電(dian)(dian)池(chi)和快速充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)最(zui)佳性質于一(yi)個(ge)裝置中，以(yi)適合極限環境(jing)下(xia)使用。相(xiang)關研(yan)究(jiu)成果發表在《碳(tan)雜志》上。

雙電層電容器(qi)（EDLCs）一般被稱為(wei)超(chao)級(ji)電容器(qi)，擁有比(bi)電池等用(yong)于調節流量或(huo)供(gong)應(ying)電力(li)的(de)(de)快(kuai)速(su)突發(fa)的(de)(de)標準電容器(qi)多幾(ji)百倍的(de)(de)能量，同時還有快(kuai)速(su)充電和放電的(de)(de)能力(li)。但是基(ji)于液態(tai)或(huo)凝膠電解質(zhi)的(de)(de)傳(chuan)統EDLCs，在過(guo)熱或(huo)過(guo)冷的(de)(de)狀況下會發(fa)生故障。萊斯團隊研發(fa)的(de)(de)超(chao)級(ji)電容器(qi)利用(yong)一種氧化物電介質(zhi)的(de)(de)固態(tai)納(na)米級(ji)表層取代電解質(zhi)，避(bi)免了(le)這一問題。

超大(da)電(dian)容(rong)的(de)(de)關(guan)鍵(jian)是讓(rang)電(dian)子的(de)(de)棲(qi)息地(di)(di)有更多的(de)(de)表面面積，而(er)在地(di)(di)球上沒有任何東(dong)西比碳納米管在這方面的(de)(de)潛(qian)能(neng)優勢更大(da)。當投(tou)入運(yun)用時，納米管會自組(zu)裝(zhuang)成密集、對齊的(de)(de)結(jie)構(gou)。當被轉化為自足的(de)(de)超級(ji)電(dian)容(rong)器后，每個納米管束(shu)的(de)(de)長度(du)都(dou)比寬度(du)多500倍，而(er)一(yi)個小芯片可能(neng)有上千(qian)萬個納米束(shu)。

萊斯團隊首先為這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)新裝置培植了大量由15毫微米(mi)到20毫微米(mi)的納米(mi)束單壁(bi)碳納米(mi)管組成的長達50微米(mi)的陣(zhen)列(lie)。這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)陣(zhen)列(lie)繼(ji)而會(hui)(hui)被轉化為一個(ge)銅(tong)電極，該銅(tong)電極的涂(tu)層由金和鈦組成，這(zhe)(zhe)(zhe)能(neng)助其提高(gao)附著(zhu)力和電穩(wen)定性(xing)。為提高(gao)導電性(xing)能(neng)，納米(mi)管束（原(yuan)電極）會(hui)(hui)摻雜(za)硫酸，然后會(hui)(hui)被通過原(yuan)子層沉積（ALD）的方(fang)法，涂(tu)上一層氧(yang)化鋁(lv)（介(jie)電層）和摻雜(za)了鋁(lv)的氧(yang)化鋅（反(fan)電極）的薄膜。

這種儲能(neng)器適用(yong)范(fan)圍廣，小至納(na)米電(dian)路的(de)(de)芯片、大(da)到整(zheng)個發電(dian)廠，都能(neng)從中(zhong)獲益。研究人(ren)(ren)員卡里-品特稱(cheng)，沒有人(ren)(ren)采用(yong)這么大(da)縱橫比(bi)的(de)(de)材(cai)質和類似(si)ALD的(de)(de)方(fang)法(fa)組建過這一裝置。“這種超級(ji)電(dian)容(rong)器能(neng)在高頻(pin)循環下擁有電(dian)荷，并能(neng)自然地整(zheng)合到材(cai)料中(zhong)。”

萊斯實驗室的(de)(de)化(hua)學家羅伯特-豪格稱，這種新的(de)(de)超(chao)級電(dian)容(rong)器具(ju)有穩定性和擴展性。“所有的(de)(de)能量儲(chu)存(cun)器的(de)(de)固態方案都(dou)將會密切整合到很(hen)多裝置中(zhong)，包括柔性顯示器、生物植入(ru)物、多種傳感器和其他電(dian)子(zi)裝置。它們都(dou)能從快速充(chong)電(dian)和放電(dian)中(zhong)獲益(yi)。”