如果電池是能量儲存世界的馬拉松跑者, 那麼超級電容器則可被比喻成短跑運動員: 超級電容器更適用於短期儲存高能量的應用中, 但長期來說電池是更好的選擇. 現在來自喬治亞理工大學和韓國大學的工程師們開發出了一種新的超級電容器, 旨在使其能以更長的時間存儲更多的能量. 這種超級電容器是由金屬化的紙張製成的.
電池具有高能量密度但低功率密度的特點, 這意味著它們能夠長時間地儲存能量. 超級電容器同時具有相反的問題: 它們可以立即提供超大電流的電力, 但是其具有低能量密度的缺點. 研究人員想要開發一種在能量密度和功率密度之間取得適當平衡的超級電容器.
為此, 團隊開發了一個相對簡單的過程來製作這樣的設備. 首先, 將一張紙浸入含有胺表面活性劑材料的溶液中, 然後將其浸入充滿金納米顆粒的溶液中. 表面活性劑可幫助黃金進入紙張中的纖維並粘在那裡.
接下來, 科學家們使用相同的方法來添加金屬氧化物材料層, 包括氧化錳. 最後, 金層導電並且金屬氧化物層存儲它, 使得超導體不僅具有高能量密度和功率密度, 而且可以在不損失這些能量的情況下摺疊和切割.
該研究的共同作者Seung Woo Lee表示: '這基本上是一個非常簡單的過程. 我們在交替燒杯中進行的逐層工藝在纖維素纖維上提供了良好的保形塗層, 我們可以摺疊所得到的金屬化紙張, 並且可以彎曲而不損壞導電性, 我們對塗層進行納米級控制以適用於紙張, 如果增加層數, 性能將持續增長, 這些均以普通紙為基礎. '
金屬化紙張超級電容器的功率密度為15.1 mW/cm2, 能量密度為267.3 uW/cm2, 研究人員表示, 它是最高性能的紡織超級電容器. '對我們可以生產的樣品的尺寸應該沒有限制, ' Lee說, '我們只需要建立最佳的層厚度, 提供良好的導電性, 同時最大限度地減少納米粒子的使用, 以優化成本與性能之間的權衡.
接下來, 團隊計劃嘗試使用織物作為基礎材料, 並最終使用相同的過程開發電池.
Lee表示: '這種靈活的儲能裝置可以為穿戴式設備和互聯網之間的連接提供獨特的機會. 我們可以支援最先進的攜帶型電子產品的研發, 我們還有機會將這種超級電容器與能夠為生物醫學感測器, 消費電子和軍事電子產品以及類似應用提供動力的能量收集設備相結合. '
該研究成果發表在《自然通訊》雜誌上.
