石墨片超級電容器登場
- 上線日期：2010/10/22 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國研究人員利用石墨片(graphene)電極製造出第一個高頻交流「超級電容」("supercapacitor")。該元件的尺寸遠小於一般電容，並能應用於像電腦處理器以及其他微型積體電路上。
電容為儲存電荷的裝置，而「超級電容」其實是雙層電容器(double-layer capacitor, DLC)或是電化學電容器(electrochemical capacitor)的俗稱，施加電壓時，電解質與電極介面間會形成雙層結構，能儲存更多電荷，因此電容值更高。
相較於電池，目前市售的雙層電容器有絕佳的優勢，不過它們基本上是直流元件，需要數秒的時間才能完全充放電。它們可以在低於0.05 Hz的頻率下有效率地工作，因此適合應用在減速/加速需要十秒左右的油電混合車中。然而在高頻時DLC變得相當沒有效率，且行為類似電阻，原因是它們含有由高表面積的導電物質(如活性碳)構成的多孔性電極，而孔隙會增加元件的電阻。
最近John R. Miller與在JME公司及凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的合作者研發出首個利用垂直指向高表面積石墨電極的DLC。由於此電極並無任何孔隙，操作頻率可高達5000 Hz，是市面產品的十萬倍，且大小僅為低壓鋁電解質電容的六分之一，可在遠小於1 ms內有效地充放電。
石墨片為一單原子厚的二維碳材料。研究人員利用電漿輔助化學氣相沉積(plasma-assisted CVD)製程將石墨片成長於金屬上。該研究團隊表示，垂直指向的石墨片非常適合應用於高頻DLC的電極結構上，原因是它們具有許多邊緣平面(edge plane)，能提供50-70 μF/cm2的電容，相對地，基座平面的電容則僅有3 μF/cm2。此外，石墨片本身是良導體，而這些奈米層狀堆疊結構減少了孔隙數目，進而降低了電阻。
Miller表示，這些元件除了前述應用外，亦可能開啟採用高頻超級電容的電子電路設計。該團隊目前正在改良石墨片電極製程，並將電容元件設計最佳化。詳見近期的Science。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/43828
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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