超级电容器的图形
研究人员将氧化钴与锡掺杂,以创造一种更有效的电极,用于超级电容器。这张显微图像显示了石墨烯薄膜上的新材料。(朱佳/宾州州立大学)

可持续的强大的微型超级电容器可能在地平线上。到目前为止,这些高容量的快速充电能量存储装置受到它们电极的组成的限制。现在,研究人员开发了更好的材料,以提高连接,同时保持可回收性和低成本。

尽管与普通电池相比,超级电容器是一种非常强大、能量密集、充电速度快的设备,但宾夕法尼亚州立大学(University Park, PA)的研究人员希望能够更快地充电,并实现真正的高保留周期。

研究人员探索了微型超级电容的连接,他们将其用于小型可穿戴传感器的研究中,以监测生命体征等。钴氧化物是一种储量丰富、价格低廉的材料,理论上具有快速转移电荷能量的高能力,通常是电极的组成部分。然而,与氧化钴混合制成电极的材料可能反应不良,导致比理论上可能的低得多的能量容量。

研究人员对原子库中的材料进行了模拟,看看添加另一种材料是否可以通过提供额外的电子来放大氧化钴作为电极所需的特性,同时最小化或完全去除负面影响。他们模拟了各种物质种类和水平,以观察它们如何与氧化钴相互作用。尽管他们筛选了许多可能的材料,但他们发现许多可能有效的材料都太昂贵或有毒,所以他们选择了锡,这是一种广泛使用的廉价且对环境无害的材料。

在他们的模拟中,研究人员发现,通过部分取代锡的钴,并将材料与商业上可用的石墨烯薄膜结合,石墨烯薄膜是一种单原子厚的材料,在不改变电子材料属性的情况下支持电子材料他们可以制造他们所谓的低成本,易于开发的电极。

模拟完成后,中国的一个团队进行了实验,证明了模拟是可以实现的。

接下来,研究人员计划使用他们自己的石墨烯薄膜——一种多孔泡沫材料,通过部分切割,然后用激光打破材料——来制造一种灵活的电容,以方便和快速地导电。

“超级电容器是一个关键部件,但我们也有兴趣与其他机制结合,既作为能源收集器,又作为传感器,”环宇“拉里”程教授说。“我们的目标是把很多功能放进一个简单的、自我供电的设备中。”

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