隨著智能設備、可穿戴傳感器、物聯網技術和植入式電子產品尺寸的縮小，它們所依賴的儲能設備也應如此。超級電容器——具有高儲能能力，而且能夠處理快速充放電循環(huán)的能力，這會破壞傳統的化學電池——近年來已經縮小到“微型”尺寸�，F在，印度的研究人員使用二維材料石墨烯和二硫化鉬 (MoS2 ) 報告了迄今為止最小的微型超級電容器。
位于班加羅爾的印度科學研究所儀器與應用物理學教授Abha Misra表示，這種最新的微型超級電容器實際上不負眾望。盡管上一代設備的尺寸為微米級，但尺寸更接近毫米級，“我們已經實現了三個數量級的尺寸縮減，”她說。“我們真的達到了微米尺度。”
超級電容器是電池和電容器的混合體。電容器通過在由薄絕緣材料隔開的兩個導電表面上積累電荷來儲存能量。與此同時，電池通過電化學反應將化學能轉化為電能。
與電池一樣，超級電容器由兩個電極組成——通常由超級電容器中的碳材料制成——浸漬有允許離子流過的液體電解質。施加電壓時，電解質中的離子會移動到帶相反電荷的電極表面。電荷在電極和電解質之間的界面處累積，形成所謂的“雙電層”。這使它們能夠快速儲存和輸送大量能量。除了快速充電和高功率外，它們的使用壽命也比電池長得多。
為了制造用于小型電子產品和傳感器的微型超級電容器，研究人員使用了各種形式的石墨烯作為電極。“人們通常制作石墨烯墨水并將其噴涂在電極上，”米斯拉說。這個過程通常會產生小型毫米級超級電容器。但該設備的功能通常難以控制，而石墨烯的噴涂應用會產生隨機結構，這會限制電容，她說。
隨著智能設備、可穿戴傳感器、物聯網技術和植入式電子產品尺寸的縮小，它們所依賴的儲能設備也應如此。超級電容器——具有高儲能能力，而且能夠處理快速充放電循環(huán)的能力，這會破壞傳統的化學電池——近年來已經縮小到“微型”尺寸�，F在，印度的研究人員使用二維材料石墨烯和二硫化鉬 (MoS 2 ) 報告了迄今為止最小的微型超級電容器。
位于班加羅爾的印度科學研究所儀器與應用物理學教授Abha Misra表示，這種最新的微型超級電容器實際上不負眾望。盡管上一代設備的尺寸為微米級，但尺寸更接近毫米級，“我們已經實現了三個數量級的尺寸縮減，”她說。“我們真的達到了微米尺度。”
超級電容器是電池和電容器的混合體。電容器通過在由薄絕緣材料隔開的兩個導電表面上積累電荷來儲存能量。與此同時，電池通過電化學反應將化學能轉化為電能。
與電池一樣，超級電容器由兩個電極組成——通常由超級電容器中的碳材料制成——浸漬有允許離子流過的液體電解質。施加電壓時，電解質中的離子會移動到帶相反電荷的電極表面。電荷在電極和電解質之間的界面處累積，形成所謂的“雙電層”。這使它們能夠快速儲存和輸送大量能量。除了快速充電和高功率外，它們的使用壽命也比電池長得多。
為了制造用于小型電子產品和傳感器的微型超級電容器，研究人員使用了各種形式的石墨烯作為電極。“人們通常制作石墨烯墨水并將其噴涂在電極上，”米斯拉說。這個過程通常會產生小型毫米級超級電容器。但該設備的功能通常難以控制，而石墨烯的噴涂應用會產生隨機結構，這會限制電容，她說。
Misra 和她的同事們用多層電極制造了超微型超級電容器。每個電極由頂部有幾片石墨烯的幾片 2D MoS 2組成。一旦研究人員在二氧化硅基板上制作出分層電極，他們就會用凝膠電解質覆蓋它們。所得裝置的電容為每平方厘米 1.8 毫法拉 (mF/cm² )。
二維材料的優(yōu)勢在于它們是半導體，她說。所以每個電極本質上都是一個場效應晶體管。當研究人員從二氧化硅下方施加柵極電壓時，電子會被吸引到材料表面。這會將離子吸入 MoS 2和石墨烯片之間的空間。所以現在，她解釋說，雙電層不僅在電極-電解質界面上形成，它也在電極層之間形成。這使得電容猛增 30 倍，達到 54 mF/cm²。
其他人報告了超級電容器設備的更高電容值。但對于其真正的微米尺寸，新設備顯示出異常高的電容，Misra 說。此外，這些設備提供了更容易與電子芯片集成的選項，因為它們使用凝膠電解質而不是液體，她說。
該團隊現在計劃使用其他 2D 材料制造設備，看看它們是否可以進一步提高電容。
