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示意图显示激光刻划石墨烯超级电容器的结构通过在DVD光盘上涂上氧化石墨,然后在LightScribe DVD驱动器内进行激光处理以生产石墨烯电极,研究人员能够演示高性能石墨烯电化学电容器,充电和放电比传统电池快一百到一千倍电化学电容器(EC),也称为超级电容器或超级电容器,与您在电视或计算机中找到的常规电容器不同,它们存储的电量相当高

作为储能设备,它们比电池更快地充电和放电,但它们仍然受到低能量密度的限制,只有电池能量密度的一小部分EC将电容器的功率性能与高能量密度相结合

电池将代表储能技术的重大进步这需要新的电极不仅能够保持高导电性,而且比使用活性炭电极的传统EC提供更高和更易接近的表面积

现在,加州大学洛杉矶分校的研究人员使用标准的LightScribe DVD光驱来生产这种电极

电极由一个电极组成

扩展的石墨烯网络 - 一个原子厚度的石墨碳层 - 显示出优异的机械和电气性能以及特别高的表面积UCLA研究人员来自化学和生物化学系,材料科学与工程系,以及加利福尼亚纳米系统研究所展示了基于高性能石墨烯的电化学电容器,在高机械应力下保持优异的电化学特性该论文发表在“科学”杂志上

该过程基于在DVD盘上涂上氧化石墨,然后在内部进行激光处理一个LightScribe DVD驱动器到p石墨烯电极通常,能量存储设备的性能由两个主要数字评估,能量密度和功率密度假设我们使用该设备运行电动汽车 - 能量密度告诉我们汽车可以进行多次充电而功率密度告诉我们汽车的速度有多快在这里,用激光Scribe石墨烯(LSG)电极制造的器件在不同电解质中表现出超高能量密度值,同时保持EC的高功率密度和优异的循环稳定性

此外,这些EC保持优异高机械应力下的电化学特性,因此有望实现高功率,柔性电子产品“我们的研究表明,我们的新型石墨烯超级电容器可以存储与传统电池一样多的电量,但可以快速充电和放电一百到一千倍,”理查德B卡纳,化学与材料科学与工程教授“在这里,我们提出了一个战略通过简单的全固态方法生产高性能石墨烯EC,用于避免石墨烯片的重新堆叠,“该研究的主要作者,Kaner实验室研究生Maher F El-Kady说

研究小组制造的LSG电极没有活性炭电极的问题,迄今为止限制了商用EC的性能

首先,LightScribe激光器同时还原和去除氧化石墨,并产生一个开放的LSG网络,具有更高的性能更容易获得的表面积这为LSG超级电容器提供了相当大的电荷存储容量电极的开放式网络结构有助于最大限度地减少电解质离子的扩散路径,这对于为器件充电至关重要这可以通过易于接近的扁平电容器来解决石墨烯片,而活性炭的大部分表面积存在于限制扩散的非常小的孔中n离子这意味着LSG超级电容器能够在短时间内提供超高功率,而活性炭则不能

另外,LSG电极具有机械强度,与活性炭相比具有高导电率(> 1700 S / m)(10- 100 S / m)这意味着LSG电极可以直接用作超级电容器电极,而不需要像传统活性炭EC那样的粘合剂或集电器 此外,这些特性允许LSG充当EC中的活性材料和集电器

单层中两种功能的组合导致简化的架构并使LSG超级电容器具有成本效益的装置商业上可用的EC由夹在中间的隔板组成

带有液体电解质的两个电极,它们被螺旋缠绕并封装在圆柱形容器中或堆叠成纽扣电池

不幸的是,这些器件结构不仅遭受电解质的有害泄漏,而且它们的设计使得它们难以用于实际的柔性电子设备

研究小组用聚合物凝胶电解质取代了液体电解质,这种电解质也起到隔膜的作用,进一步减少了器件的厚度和重量,简化了制造工艺,因为它不需要特殊的包装材料

为了在真实条件下评估其潜力所有固态LSG-EC都具有灵活性存储方面,研究小组将设备置于恒定的机械应力下以分析其性能有趣的是,这对设备的性能几乎没有影响“我们将高性能和耐用性归因于电极的高机械灵活性以及互穿性LSG电极和凝胶电解质之间的网络结构,“解释Kaner”电解液在器件组装过程中固化,并像胶水一样将器件组件固定在一起“该方法即使在测试时也能提高机械完整性并延长器件的使用寿命在极端条件下由于这种卓越的性能尚未在商用设备中实现,这些LSG超级电容器可以引领下一代柔性便携式电子设备的理想储能系统来源:Jennifer Marcus,加州大学洛杉矶分校新闻室图片:加州大学洛杉矶分校新闻室

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