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2018-11-28 21:37 |
3D打印技術(shù)或?qū)⒁l(fā)超級(jí)電容器制造革命
科學(xué)家們雖然在研發(fā)過(guò)程中走了一點(diǎn)彎路，但他們制備的基于活性石墨烯材料(graphene-enabled)的超級(jí)電容器已然準(zhǔn)備好給世人一點(diǎn)驚喜。這是該研究領(lǐng)域一次重大的進(jìn)步，來(lái)自加州大學(xué)圣克魯茲分校(UCSC)和勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的研究人員們使用一種基于石墨烯的氣凝膠(graphene-based aerogel)材料成功制備出用于超級(jí)電容器的電極，該元件具備有史以來(lái)最高的面積比電容(areal capacitance)。 yJI~{VmU7
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他們?cè)谥苽涫╇姌O時(shí)采用的3D打印技術(shù)攻克了之前被認(rèn)為是橫亙?cè)诔?jí)電容器發(fā)展道路上的重量(weight)、比表面積(surface area)、電極總電容量(total volume capacitance)三者的平衡問(wèn)題。在之前的應(yīng)用中，有著高比表面積的石墨烯氣凝膠電極往往在體積比電容這一指標(biāo)上的表現(xiàn)差強(qiáng)人意，而換用3D打印的石墨烯氣凝膠電極后，該項(xiàng)性能竟然下降得更多了 ！究其原因，是因?yàn)槠洹按蛴 背鰜?lái)的長(zhǎng)絲(printed filaments)之間有周期性出現(xiàn)的大孔隙(periodic large pores)。 bG]0 |
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“我們的工作第一次展示了一種能規(guī)避掉這個(gè)問(wèn)題的3D打印技術(shù)”，加州大學(xué)圣克魯茲分校教授Yat Li說(shuō)到。他同時(shí)也是這篇發(fā)表在焦耳雜志（journal Joule）上介紹該團(tuán)隊(duì)研究成果的論文的共同作者。據(jù)他介紹，這是科學(xué)家第一次能在不犧牲電極電化學(xué)性能的條件下制成每立方厘米含超過(guò)180毫克活性材料的大質(zhì)量負(fù)載(high mass loading)。 jfMk N
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“雖然3D打印石墨烯氣凝膠體積比電容(low volumetric capacitance)較低，但是我們成功通過(guò)向疏松多孔的石墨烯碳架內(nèi)注入更多納米材料的方式增大了它的密度，進(jìn)而達(dá)到提升性能的目的，”Li教授說(shuō)到，“我們的3D打印石墨烯氣凝膠/二氧化錳電極(3D-printed graphene aerogel/MnO2 electrodes)的體積比電容性能相比傳統(tǒng)純石墨烯氣凝膠電極(pure graphene aerogel electrodes)提升了數(shù)百倍�！卑凑誏i的說(shuō)法，他們制成的這些質(zhì)量負(fù)載性能比之前學(xué)術(shù)雜志報(bào)道過(guò)的提升了大約2到3個(gè)量級(jí)。 tczJ k1g}
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這項(xiàng)研究成果或許還將深刻影響儲(chǔ)能裝置未來(lái)的發(fā)展方向。迄今為止，大多數(shù)材料在質(zhì)量負(fù)載增加情況下會(huì)因?yàn)殡姌O內(nèi)離子擴(kuò)散不足(ion diffusion)而喪失大部分儲(chǔ)能能力。令人欣喜的是，該團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)工作驗(yàn)證了“打印”制備超級(jí)電容器電極的可行性，這必將在超級(jí)電容器制造領(lǐng)域掀起一場(chǎng)技術(shù)革命。 x@O BGKV
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