水稻工程师设计灵活且可堆叠的激光诱导石墨烯超级电容器

作者:池式杰

电子显微镜图像显示激光诱导的石墨烯在聚酰亚胺基板两侧燃烧的横截面。莱斯大学创建的柔性材料具有用于电子或储能的潜力。赖斯大学的新研究详细介绍了设计和测试由激光诱导石墨烯制成的三维超级电容器莱斯大学的科学家通过生产和测试堆叠的三维超级电容器,对便携式柔性电子设备非常重要的储能设备,推进了激光诱导石墨烯(LIG)的最新发展。化学家詹姆斯·图尔实验室去年发现,用廉价的聚合物烧制激光烧掉其他元素并留下多孔石墨烯薄膜,这是研究得很多的原子厚碳晶格研究人员将多孔导电材料视为完美的电极对于超级电容器或电子电路为证明这一点,Tour团队的成员已经扩展他们的工作是在聚合物薄片的两面用激光诱导的石墨烯制作垂直排列的超级电容器然后将这些部分与固体电解质堆叠在一起,形成具有多个微型电容器的多层夹层。柔性叠层显示出优异的储能容量和功率潜力,可以按比例扩大用于商业应用LIG可以在环境温度下在空气中制造,也许通过卷对卷工艺以工业数量制造,Tour说明这个示意图显示了莱斯大学科学家用激光诱导石墨烯制造垂直微电容器的过程。灵活的设备显示出在可穿戴设备和下一代电子设备中的应用潜力本周在应用材料和接口上报告了研究电容器使用静电电荷来存储能够快速释放的能量到相机闪光灯,例如化学充电器不同电池,电容器快速充电并释放所有电池触发后立即产生能量但是化学电池能够承受更多的能量超级电容器将两者的有用特性 - 电容器的快速充电/放电和电池的高能量 - 组合到一个封装中LIG超级电容器看起来能够做到这一切,并具有额外的好处灵活性和可扩展性灵活性确保它们可以轻松地符合各种封装 - 例如,它们可以在一个圆柱体内滚动 - 而不会放弃任何设备的性能“我们所做的与现在商业化的微型电容器相当,但我们的能力将设备放入三维配置允许我们将很多设备打包到一个非常小的区域,“Tour说”我们简单地将它们叠加起来“另一个关键是我们这样做很简单没有任何关于过程的要求洁净室这是在商业激光系统上完成的,如常规机械商店中所见,露天“涟漪,皱纹和海浪中的10纳米以下毛孔ace和原子级缺陷使LIG能够储存大量能量但是石墨烯保留了快速移动电子的能力,并赋予其超级电容器的快速充电和释放特性。在测试中,研究人员对设备进行充电和放电数百个周期几乎没有电容损失为了显示他们的超级电容器在应用中的扩展程度,研究人员将各种设备的串联和并联连接成正如预期的那样,他们发现串行设备的工作电压是工作电压的两倍,而相同电流密度下的放电时间增加一倍垂直超级电容器弯曲时的电气性能几乎没有变化,即使经过8,000次弯曲循环后,Tour表示虽然薄膜锂离子电池能够储存更多能量,但LIG超级电容器也是如此尺寸提供三倍的功率性能(能量流动的速度)和LIG设备可以轻松地切割提高产能“我们已经证明这些将成为柔性电子产品的优秀组成部分,很快将嵌入到服装和消费品中,”他说,赖斯研究生彭志伟和之前的博士后研究员林健,现在是密苏里大学助理教授,该论文的共同主要作者共同作者是赖斯研究生Ruquan Ye和Errol Samuel Tour是TT和WF Chao化学系主任,材料科学与纳米工程与计算机科学教授,Richard E Smalley纳米科学与技术研究所成员,空军科学研究办公室及其多学科大学研究计划(MURI)和海军研究办公室MURI支持该研究出版物:Zhiwei Peng等,“柔性和可堆叠激光诱导石墨烯超级电容器”,ACS应用材料与接口,2015; DOI:101021 / am509065d来源:莱斯大学Mike Williams图片:....