鉅大LARGE | 點擊量：326次 | 2023年08月22日
美韓大學教授聯合改進柔性超級電容器能量密度性能直逼鋰電池
近日，使用簡單的逐層涂布技術，美國和韓國的研究人員開發了一種紙質柔性超級電容器，該超級電容器具備高能量和高功率密度的最佳性能。
我們通常根據三種性質來判斷儲能裝置的優劣：能量密度、功率密度和循環穩定性。與電池相比，超級電容通常具有高功率密度，但是能量密度低，即超級電容存儲電量的能力要弱于電池，但是瞬間充放電能力要優于電池。
所以想要將電容作為儲能設備，其低能量密度是最大的限制。為了提高超級電容器的性能，韓國大學化學與生物工程系的Lee和合作者JinhanCho就提高超級電容器的能源密度進行研究，同時他們將保持其高功率產出。
實驗中，首先，他們將紙樣品浸入含有胺表面活性劑材料的溶液的燒杯中，其中，該表面活性劑可以將金納米顆粒粘合到紙上;接著，他們將紙浸入含有金納米顆粒的溶液中。由于紙的本質是一種纖維，且纖維是多孔的，所以表面活性劑和納米顆粒進入纖維后會很牢固的附著在上面，以此在每個纖維上形成共形涂層。
通過重復浸漬步驟，研究人員得到了一張導電紙，隨后他們在其上添加了交替層的金屬氧化物儲能材料，如氧化錳。對這一過程，Lee表示：這基本上是一個非常簡單的過程，我們在燒杯中交替進行操作，為纖維素纖維供應了良好的保形涂層。這樣，我們就可以折疊所得到的金屬紙而不損壞導電性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
研究人員表明，他們的自組裝技術改進了紙張超級電容，據測試，該金屬紙張超級電容器的最大功率和能量密度分別為15.1mW/cm2和267.3uW/cm2，基本超過傳統紙張或紡織超級電容。
值得注意的是，此研究中，研究人員使用的是金納米顆粒，因為該材質顆粒易于使用，但他們計劃使用較便宜的金屬如銀或銅，以降低材料成本。
雖然這項研究涉及到小型紙張樣本，但是基于實際應用中解決方法的技術要求，研究人員表示完全可以使用更大的儲罐甚至噴涂技術將其放大使用。關于該技術，Lee還補充說：我們對施涂在紙張上的涂層進行了納米級控制，假如我們新增層數，性能將繼續新增。
接下來，研究團隊將測試柔性織物上的技術，以及開發可與超級電容器配合使用的柔性電池。
有關該技術的應用前景，佐治亞理工學院機械工程學院助理教授SeungWooLee表示：這種靈活的儲能裝置為可穿戴設備和物聯網設備之間供應獨特的連接方式，未來它將會應用于生物醫學傳感器、消費電子和特種電子產品等，將柔性電容與電子設備相結合，它可以推動最先進的便攜式電子產品的發展。
