研究表明多孔石墨烯可提高存儲(chǔ)容量

美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校(University of California, San Diego)工程師發(fā)現(xiàn)了一種可提高石墨烯(碳的二維化)儲(chǔ)存電量的方法。該研究在線發(fā)表于最新一期的《納米快報(bào)》(Nano Letters)期刊上，有望為提高應(yīng)用于汽車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池電容器儲(chǔ)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(duì)于能量快且大突變的領(lǐng)域更加有用，例如閃光燈和發(fā)電廠。相比于電池的長充電時(shí)間，快速充放電的能力是一個(gè)明顯的優(yōu)勢。然而，電容器的問題在于其儲(chǔ)存的能量較電池少。

如何提高電容器的能量儲(chǔ)存容量?加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校Jacobs工程系機(jī)械工程教授Prabhakar Bandaru利用石墨烯作為試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧显陔娙萜麟姌O中引入更多的電荷。原理上就是增加電荷，導(dǎo)致電容提高，從而增加儲(chǔ)能。

制造一個(gè)沒有缺陷的完美碳納米管結(jié)構(gòu)，作為相應(yīng)的失蹤的碳原子孔，這幾乎是不可能的。Bandaru實(shí)驗(yàn)室的研究人員指出了一個(gè)不同于避免缺陷的可行方法。

“動(dòng)機(jī)式帶電缺陷可能對(duì)能量儲(chǔ)存會(huì)有幫助。”Bandaru說。

該團(tuán)隊(duì)采用了一種稱之為氬離子(argon-ion)基等離子體處理的方法，用帶正電的氬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(jīng)氬等離子體處理的石墨烯樣品將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(tuán)隊(duì)研究生Rajaram Narayanan如是說。

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

此外，電化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)測量電荷間距的新長度尺度。“這該新的長度尺度對(duì)電學(xué)應(yīng)用將是很重要的，因?yàn)樗芴峁╇姎庠O(shè)備能夠得到多小的一個(gè)基礎(chǔ)。”Bandaru如是說。