雷射光雕出石墨烯超級電容器
- 上線日期：2012/5/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國研究人員利用一般的雷射曝寫(laser writing)技術在DVD表面製作出石墨烯(graphene)片。這些石墨烯片可進一步組合製作成超級電容(supercapacitor)，所儲存的電能與傳統電池相媲美，但充電速度要快上100-1000倍。這種電容器不僅具有絕佳彈性且堅固耐用，非常適合應用於下一代可撓式隨身電子產品的儲能系統中。
超級電容器的正式名稱為電雙層電容器(electric double-layer capacitor)或電化學電容器(electrochemical capacitor)，在外加電壓下會在電解液與電極介面間形成雙層結構，因此大幅提升儲存電荷量。超級電容的優點包括電池保質期(shelf life)及循環壽命(cycle life)較長，以及能快速提供較大功率電能，但其能量密度(4-5 Wh/kg)卻遠不如以電化學反應儲能的一般電池(10-150 Wh/kg)。
最近，加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Richard Kaner與Maher El-Kady等人製作出一種新型石墨烯元件，具有電容器的高功率效能以及電池的高能量密度。他們的作法是先在一般DVD碟片上鍍製石墨氧化物薄膜，接著以標準雷射光雕(LightScribe)DVD機的讀寫頭將金棕色的石墨氧化物還原成黑色的石墨烯，最後再剝離塑膠基板並裁切以用來製作不同元件。他們以少許膠態高分子電解質(polymer gel electrolyte)黏合兩片相同的石墨烯片，製作出電化學電容器，他們也測試了其他多種電解質，證明此技術適合許多應用元件。
此光雕石墨烯片的比表面積相當高，超過1500 m2/g，有助於提高儲能容量，而電導率則高於1700 S/m。此材料亦具有高度彈性，數千次彎折亦不影響電性。一般而言，石墨烯片在製造過程中傾向堆疊而導致總表面積減少，但此光雕製程可產生非堆疊的石墨烯片。
El-Kady表示，此研究有助於製作可彎折的超級電容器，能應用於各項可撓式隨身電子元件，譬如可捲曲電腦顯示器、能藉由身體動作充電的穿戴式電子裝置、電子壁紙以及結合可撓光伏電池的儲能系統等。該團隊目前正研究如何以低成本擴大此生產技術，初步的計算顯示此技術成本適合商業化生產。詳見Science 335, pp.1326-1330 (2012)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/48968
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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