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用于储能的多孔石墨烯
发布:shadow   时间:2015/4/28 13:45:31   阅读:2341 
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材料与测试:用于储能的多孔石墨烯
图片显示了石墨烯中锯齿形和手椅型缺陷。
 

加州大学圣地亚哥分校的工程师发现了一种可以增加石墨烯存储电荷量的方法,石墨烯是一种二维形式的碳结构。这项研究最近发表于《纳米快报》网刊,使人们对于如何更好地改善那些用于汽车、风力发电机及太阳能动力的电容器能量存储的应用潜力有了更好的理解。
 
电容器充电和放电速度非常快,对于那些快速大量的能量爆发更为实用,例如在照相机的闪光灯和发电厂中的应用。相较于那些需要长时间充电的电池,电容器所具备的优势是其快速充、放电的能力。但是,电容器存在的问题是,它们所储存的能量要少于电池。
 
那么如何能改善电容器的能量储存?加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院的机械工程教授Prabhakar Bandaru在实验室的测试中提出了一种方法,将石墨烯作为模型材料,从而引入更多的电荷至电容器电极中。这个方法的原理是,增加的电荷促进电容的增加,即相当于增加了能量的存储。
 
制作方法
 
要制作一个完美的没有缺陷的碳纳米管结构,即其中的孔对应缺失的碳原子,这几乎是不可能的。Bandaru实验室中的研究人员并没有想要去回避这些缺陷,他们想到了另一种可行的方法。
 
“我从带电的缺陷可能有助于能量储存这一观点中得到了灵感,”Bandaru说道。
 
小组使用一种称为基于等离子的氩离子处理方法,其中以带正电的氩离子冲击石墨烯样品。在此过程中,石墨烯层中的碳原子被破坏出来,留下那些带有正电荷的空孔,这些就是带电缺陷。受到氩等离子体影响的石墨烯样品,其材料的电容提高了3倍。
 
“我们可以通过引入带电缺陷来增加额外的电容,这一点使我们感到兴奋,而且我们可以根据使用的不同材料,来控制引入的带电缺陷”Bandaru教授研究小组的研究生Rajaram Narayanan如是说,其为该研究的第一作者,。
 
利用拉曼光谱学和电化学测量,该小组能够确定氩等离子影响下,石墨烯格子结构缺陷的类型。结果显示的扩展缺陷的结构,称为“手椅型”和“锯齿型”缺陷,这是基于丢失的碳原子的结构命名而成的。
 
此外,电化学研究帮助研究小组发现了一种新的长度规,用于测量电荷之间的距离。 “这种新的长度规对于未来的电应用是非常重要的,因为它可以提供为我们提供基准,让我们知道我们可以创造多小的电器设备,”Bandaru表示。
 


来源:材料与测试
译者:兔子小光
译自sciencedaily
 
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