北部非洲专题
[发布时间：2021-06-03 浏览次数：1458]
得益于美国宾夕法尼亚州立大学和中国电子科技大学的研究人员的国际合作，一种可持续的强力微型超级电容器可能即将问世。截至目前，高容量、快速充电的储能设备一直受到电极组成的限制（电极连接负责在充电和分配能量时管理电子的流动）。现今，研究人员开发出了一种更合适的材料，能够提高连接性、保持可回收性和低成本。该研究成果于2月8日发表于《Journal of Materials Chemistry》期刊。
该文章的通讯作者Jia Zhu（宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学学院Huanyu “Larry” Cheng教授的博士研究生）表示，“相比普通电池，超级电容器是一种非常强大、能量密度高、充电速度快的设备，但我们能让超级电容器变得更强大、充电速度更快、并拥有真正的高保留周期（retention cycle）么？”
在Cheng的指导下，Zhu对微型超级电容器内的连接开展了探索性研究工作，并将其用于探测生命体征的小型可穿戴传感器。氧化钴是一种储量丰富、价格低廉的材料，理论上容量高并能够快速转移能量电荷，通常用于制作电极。然而，与氧化钴混合制成电极的其他材料可能反应不良，导致远低于理论的能量容量。
研究人员在一个原子库中进行材料模拟，尝试添加（掺杂）另一种材料，以提供额外的电子，从而放大氧化钴用于电极的特性，并最小化或完全消除其负面影响。研究人员模拟了多种材料种类和标准，观察这些材料如何与氧化钴相互作用。
Zhu表示，他们筛选了多种可能应用的材料，但很多成本昂贵或有毒性，最终选择了成本低廉且对环境无害的锡。
在模拟中，研究人员发现用锡替代部分钴，并将该材料与一种商用石墨烯膜（一种单原子厚度的材料，可以支撑电子材料而不改变其性质）结合，能够制造出低成本、易于开发的电极。
Zhu表示，实验结果证实在用锡替代部分钴以后，氧化钴结构的电导率明显提高，开发的这个装置有望作为新一代储能设备得到实际应用，。
接下来，Zhu和Cheng计划使用其自己研发的石墨烯膜（通过部分切割后用激光破坏材料生产的多孔泡沫）制造一种更容易且更快导电的灵活电容器。
Cheng表示，超级电容器是一个关键部件，但其研究团队也有兴趣将电容器与其他机制相结合，以作为能量收集器和传感器。他们的目标是在一个简单且自供电的设备中实现多种功能。
（中国地质调查局地学文献中心，国际矿业研究中心矿业科技组编译，张炜审校，陈秀法审核，信息来源：
https://phys.org/news/2021-03-inexpensive-tin-big-future-supercapacitors.html/）
标签：美国宾夕法尼亚州立大学中国电子科技大学超级电容器储能设备《Journal of Materials Chemistry》能量密度充电速度氧化钴电极锡石墨烯膜多孔泡沫能量收集器传感器
