中國粉體網(wǎng)訊 來自UCLA，密西西比州大學(xué)（內(nèi)達(dá)華）和中南大學(xué)的研究者們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于石墨烯電極的有效且持久的超級(jí)電容。該設(shè)計(jì)的靈感來源于樹葉的結(jié)構(gòu)與功能，效率是其他超級(jí)電容的10倍。
據(jù)報(bào)道，這種超級(jí)電容的電極在體積更小，重量更輕的條件下，依然能提供同樣的儲(chǔ)能功能和電極效率。實(shí)驗(yàn)中，此電極儲(chǔ)存電荷的能力提高了30%。這是相似的碳材料在這個(gè)質(zhì)量下可以制成的最好電極，每區(qū)的電容量提高了30倍。相比其他超級(jí)電容，這種超級(jí)電容的功率是其他超級(jí)電容的10倍，初始電容經(jīng)過1000次充電循環(huán)后還能保留95%。
眾所周知，超級(jí)電容可以具有更大的功率，可是要解決的首要問題是生產(chǎn)出更高效耐用的電極。電極吸引離子，儲(chǔ)存能量，然后到超級(jí)容器的表面，就可以使用。超級(jí)電容器中的離子被儲(chǔ)存在電解質(zhì)溶液中。電極儲(chǔ)存能量的快慢很大程度上取決于它與電解液交換離子的速度，交換的離子越多，傳遞能量的速度越快。
基于以上觀點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)的電極使其表面積最大化，為其吸引電子提供盡可能大的空間。他們從大樹的結(jié)構(gòu)中汲取靈感，為了吸收更多的CO2進(jìn)行光合作用，樹葉提供了非常大的表面積。“我們經(jīng)常從自然界中獲得靈感，比如植物知道吸收CO2等化學(xué)物質(zhì)的最佳途徑”該研究的主要負(fù)責(zé)人，UCLA的機(jī)械和航天工程教授說，“在這種情況下，我們利用這種想法制作電極，但是尺寸小得多，只有樹葉的百萬分之一大。”
為了設(shè)計(jì)樹枝—樹葉這種結(jié)構(gòu)，研究人員使用了由碳原子組成的兩個(gè)納米結(jié)構(gòu)�！皹渲Α笔侵睆綖�20到30nm的中空?qǐng)A柱形碳納米管陣列，而“葉子”是由石墨烯制成的尖銳的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，約100nm寬。然后將葉片布置在納米管莖上。葉片狀石墨烯花瓣也賦予電極穩(wěn)定。
研究者們將這些結(jié)構(gòu)排成隧道形的陣列，這樣相比于平坦的電極表面，離子通過電解質(zhì)和電極表面時(shí)阻力大大減少。而且該電極在酸性條件下和高溫下也能很好地工作，所以在這兩種環(huán)境下超級(jí)電容都可以使用。
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