研究人员发现可使用花瓣和树叶结构来构建高容量超级电容器

2018-11-06 10:39  来源:美国化学学会  浏览:253  

通过将薄聚合物薄膜直接沉积在这些高面积表面上,研究人员制造了可以存储大量电荷的电极。

用聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)涂覆花瓣和叶子(左)产生可以储存电荷的微结构化膜(右)

与电池一样,超级电容器是由两个电极和电解质制成的储能装置。但它们的充放电速度要快得多,从而在车辆,电动工具和消费类电子产品中提供短时间的爆发。传统的超级电容器电极由碳或金属氧化物制成,而较新的柔性电极使用石墨烯或导电聚合物电极。

研究人员测试了使用微结构化薄膜作为电极制造的超级电容器。植物叶片上的高密度大表面特征导致最高的表面积膜,这导致所有测试材料的最高比容量为142mF / cm 2。这比最好的超级电容器电极高8到10倍,超级电容器电极由激光刻划的石墨烯制成,电容为4到5 mF / cm 2。

他们使用安德鲁开发并用于在布上制造太阳能电池的方法。它涉及将单体和氧化剂的薄蒸气流彼此垂直地注入反应室中。在两种蒸汽相交的情况下,它们反应并形成聚合物,该聚合物沉积在位于下面的基材上。研究人员使用3,4-亚乙基二氧噻吩作为单体和三氯化铁作为氧化剂,它们反应形成多孔聚合物聚(3,4-亚乙二氧基噻吩),可以储存电荷。

这些器件坚固耐用,在10,000次充放电循环后以及弯曲和卷绕数百次后,没有出现物理性能下降或电容损失。研究人员发现,用塑料层压设备可以防止它们破裂。“我相信这种技术可以扩大规模,我们可以在商业设备中使用植物物质,”安德鲁说。使用天然材料和廉价聚合物应该使它们成本低廉。宾夕法尼亚大学的化学和生物分子工程师Chinedum Osuji说,安德鲁使用的反应性气相沉积技术导致比目前制造的更厚的有纹理聚合物薄膜,这也增加了电荷存储能力。此外,该方法在温和的条件下工作。“从低成本,易于制造电化学储能装置的角度来看,这很有吸引力,”他说。

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