石墨烯-碳纳米管微型超级电容器

氧化石墨烯电极的SEM图

佛罗里达国际大学的研究人员已经开发出一种新型的微型超级电容器。这种微型超级电容器有着优越的功率性能和频率响应特性。超级电容器是一种储能装置,并且与传统的电容器相比有着更高的能量密度而与电池相比则有着更高的功率密度。这种最新开发的微型超级电容器用部分还原的氧化石墨(RGO)烯作为电容性材料。每个器件由两个微型叉指电极组成,并被集成在一个单片机上。这些微型装置将被用于为嵌入式传感器,生物医学植入物、射频识别标签等电子器件供能。

像材料科学与工程副教授和研究团队领导人Chunlei Wang所解释的一样,新开发的微型超级电容器将高体积容量和高功率密度进行了独特的组合,微型超级电容器能够以极快的速率进行充放电,这使得它能够应用于在短时间内需要高能量的领域。

有着高比表面积、无孔结构和高导电性的石墨烯片是高功率超级电容器电极材料的理想选择。合成大量石墨烯最好的方法是通过还原单层氧化石墨烯。据博士研究生、本文的第一作者 Majid Beidaghi所说,用石墨烯做电极材料的最大挑战是单层石墨烯片在氧化石墨烯的还原以及制作电极过程中易于团聚、重新堆叠。这限制了电解液离子与石墨烯片电极之间的电化学反应,降低了电极材料的电化学性能。

在文章中,Beidaghi和Wang解释了如何通过对器件进行合理设计,即组装并排的微型电极和使用碳纳米管(CNT)作为石墨烯片之间的纳米分隔器的方法,来增加电解质离子进入石墨烯片的通道以得到高功率密度和超高速处理能力以及优异的频率响应特性的电子器件。一种简单可行的两步合成法被用于合成这种器件。