金属化纸张能被制成柔性、可折叠的超级电容器[Migage]

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如果电池是能量储存世界的马拉松跑者,那么超级电容器则可被比喻成短跑运动员:超级电容器更适用于短期储存高能量的应用中,但长期来说电池是更好的选择。现在来自佐治亚理工大学和韩国大学的工程师们开发出了一种新的超级电容器,旨在使其能以更长的时间存储更多的能量。这种超级电容器是由金属化的纸张制成的。

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电池具有高能量密度但低功率密度的特点,这意味着它们能够长时间地储存能量。超级电容器同时具有相反的问题:它们可以立即提供超大电流的电力,但是其具有低能量密度的缺点。研究人员想要开发一种在能量密度和功率密度之间取得适当平衡的超级电容器。

为此,团队开发了一个相对简单的过程来制作这样的设备。首先,将一张纸浸入含有胺表面活性剂材料的溶液中,然后将其浸入充满金纳米颗粒的溶液中。表面活性剂可帮助黄金进入纸张中的纤维并粘在那里。

接下来,科学家们使用相同的方法来添加金属氧化物材料层,包括氧化锰。最后,金层导电并且金属氧化物层存储它,使得超导体不仅具有高能量密度和功率密度,而且可以在不损失这些能量的情况下折叠和切割。

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该研究的共同作者Seung Woo Lee表示:“这基本上是一个非常简单的过程。我们在交替烧杯中进行的逐层工艺在纤维素纤维上提供了良好的保形涂层,我们可以折叠所得到的金属化纸张,并且可以弯曲而不损坏导电性,我们对涂层进行纳米级控制以适用于纸张,如果增加层数,性能将持续增长,这些均以普通纸为基础。”

金属化纸张超级电容器的功率密度为15.1 mW/cm2,能量密度为267.3 uW/cm2,研究人员表示,它是最高性能的纺织超级电容器。“对我们可以生产的样品的尺寸应该没有限制,”Lee说,“我们只需要建立最佳的层厚度,提供良好的导电性,同时最大限度地减少纳米粒子的使用,以优化成本与性能之间的权衡。

接下来,团队计划尝试使用织物作为基础材料,并最终使用相同的过程开发电池。

Lee表示:“这种灵活的储能装置可以为穿戴式设备和互联网之间的连接提供独特的机会。我们可以支持最先进的便携式电子产品的研发,我们还有机会将这种超级电容器与能够为生物医学传感器,消费电子和军事电子产品以及类似应用提供动力的能量收集设备相结合。”

该研究成果发表在《自然通讯》杂志上。


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