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石墨烯和碳纳米管结合创建灵活、可穿戴的超级电容器

一个国际研究小组开发了一种由石墨烯和碳纳米管组成的超级电容器,声称它足够灵活到可以被织进衣物里面,并且其可能强大到足以真正替代用于便携式设备的电池。这种新型超级电容器的充放电次数能够超过10000个周期,也有望比目前的电池更轻,充电更快,更稳健。

来自新加坡南洋理工学院、中国.北京.清华大学和俄亥俄州.克利夫兰.凯斯西储大学的研究人员通过加热、键合微尺度的石墨烯片和碳纳米管形成一个连续、互相连通的丝网来制备超级电容器。报道结果显示这个复杂的混合纤维如此密集以至于它的电容表面积高达396平方米/克(4262平方英寸)。研究人员说,这使其具有300法拉/立方厘米的电容和6.3微瓦/立方毫米的体积能量密度,这实际上就意味着新开发的超级电容器功率相当于一个4伏、500微安的锂离子薄膜电池。这足以运行许多目前可用的低功率器件以及电子元件,比如发光二极管等。

至今该研究小组在实验室的连续融合过程中(此过程每小时生产将近1米产物,即3英寸)已经生产出50米(164英寸)长的交织纤维。预计按比例增加,这个制备过程最终可以实现商业规模上大量生产超级电容器纤维,降低其价格并增加其实用性。研究人员说:“这种纤维超级电容器即使在结束数百次循环工作之后,仍然可以连续工作而没有性能损失。”这种纤维超级电容器可以被连续弯曲变形并仍然保持充电和结构完整性,因此,当这种超级电容器材料在商业上变得可行时,它可能被织进衣服、背包、鞋子和其他物品中来生产一个可穿戴的电力系统。

反过来,这款超级电容器还可以为其他设备供电,如医疗显示器、GPS设备或任何其他各式各样的装备,使我们更加自由地移动。它也可以被织成织物用于为士兵装备提供能量,或被纳入到其他材料形成供电装置,甚至可以作为电子书阅读器的封面和电池。

但比这更重要的是,石墨烯和碳纳米管超级电容器的低质量、高体积密度可以解决电动汽车的紧迫问题:重量。这款超级电容器的体积只有蓄电池的一部分,充放电次数可以超过1万次(充电电池一般不到1千次),因此这种超轻的能量储存可能就是电机工业所祈祷的答案。再者,利用此超级电容器可弯折的性质,它可以密集地填充在汽车的任意空间,而不用考虑形状的问题。因此,电动车设计师就可以更自由地设计车辆,无需特意找一块既大且平的空间来容纳电池。

虽然仍然有许多工作要做,但是这种新型材料将会作为固有组件开辟全新的电力存储设备途径,而不是作为分离设备的附属物。这项研究最近发表在《自然》杂志。

来源:石墨烯网

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