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多孔石墨烯 帶電孔提高存儲容量

 

加利福尼亞大學聖疊戈分校(University of California, San Diego)工程師發現了一種可提高石墨烯(碳的二維化)儲存電量的方法。該研究在線發表于最新一期的《納米快報》(Nano Letters)期刊上,有望為提高應用于汽車、風力發電機、太陽能電池電容器儲能容量提供更好的理解。

石墨烯中“鋸齒”型和“扶手椅”型缺陷

電容器充放電速度很快,對于能量快且大突變的領域更加有用,例如閃光燈和發電廠。相比于電池的長充電時間,快速充放電的能力是一個明顯的優勢。然而,電容器的問題在于其儲存的能量較電池少。

如何提高電容器的能量儲存容量?加利福尼亞大學聖疊戈分校Jacobs工程系機械工程教授Prabhakar Bandaru利用石墨烯作為試驗模型材料在電容器電極中引入更多的電荷。原理上就是增加電荷,導緻電容提高,從而增加儲能。

如何實現(How it’s made)

制造一個沒有缺陷的完美碳納米管結構,作為相應的失蹤的碳原子孔,這幾乎是不可能的。Bandaru實驗室的研究人員指出了一個不同于避免缺陷的可行方法。

“動機式帶電缺陷可能對能量儲存會有幫助。”Bandaru說。

該團隊采用了一種稱之為氩離子(argon-ion)基等離子體處理的方法,用帶正電的氩離子轟擊石墨烯樣品。處理過程中,石墨烯層中的碳原子被轟出,留下帶正電的孔——帶電缺陷。經氩等離子體處理的石墨烯樣品将這種材料的電容提高了三倍。

“這表明可以通過引入帶電缺陷,引入額外電容。我們還可以控制想要引入的帶電缺陷類型。”該論文第一作者 Bandaru教授研究團隊研究生Rajaram Narayanan如是說。

利用拉曼光譜(Raman spectroscopy)和電化學測試,研究小組可以表征經氩等離子體處理引入石墨烯晶格的缺陷類型。結果表明這種稱之為“手扶椅”和“鋸齒”的可擴展缺陷是基于失蹤的碳原子結構而形成的。

此外,電化學研究發現了一個測量電荷間距的新長度尺度。“這該新的長度尺度對電學應用将是很重要的,因為它能提供電氣設備能夠得到多小的一個基礎。”Bandaru如是說。

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