中美研究人员使用锡代替部分钴 推动超级电容器发展

据外媒报道，在宾夕法尼亚州立大学和中国电子科技大学研究人员的通力合作下，一种功能强大的、可持续性微型超级电容器或将问世。对高容量、快速充电的储能设备来说，电极构成一直是限制性因素，其连接性会影响充电和能量分配过程中的电子流动。现在，研究人员开发出一种更好的材料，可以提高电极连接性，同时保持可回收性和低成本。

（图片来源：engr.psu）

研究人员Jia Zhu表示：“与典型的电池不同，超级电容器是一种非常强大的能量密集型设备，而且充电速度很快。但是，是否能使其变得更强大、更快、持续周期更长呢？”

研究人员探讨微型超级电容器的连接性。氧化钴是一种储量丰富的低成本材料，从理论上来说，具有快速转移能量电荷的强劲能力，通常用于构成电极。然而，与氧化钴混合制成电极的材料可能反应不良，使能量容量远低于理论值。

研究人员对原子库中的材料进行了模拟，观察是否可以通过添加另一种材料（也称为掺杂）提供额外的电子，放大作为电极的氧化钴的预期特性，同时充分减少甚至完全避免产生不良影响，他们对不同的材料种类和料位进行建模，以了解它们如何与氧化钴相互作用。Zhu表示：“我们对可能使用的材料进行了筛选，但很多材料太贵或有毒。因此，我们选择了锡。这种材料易于获得、成本低，而且对环境无害。”

在模拟过程中，研究人员发现，用锡替代部分钴，并将这种材料与商用石墨烯薄膜相结合，可以制造出低成本、易于开发的电极。这种石墨烯薄膜是一种单原子厚度材料，可以支持电子材料而不改变其性能。中国研究团队在模拟完成后进行了实验，以观测是否可以实现这种模拟。实验结果证实，用锡进行部分替代后，氧化钴结构的导电性明显提高。预计所开发的装置具有很好的实际应用前景，有望成为下一代储能装置。

接下来，研究人员计划使用自制版石墨烯薄膜（一种通过部分切割然后用激光破碎材料而产生的多孔泡沫）来制造柔性电容器，以实现简单而快速的导电性能。研究人员Huanyu "Larry" Cheng表示：“超级电容器是关键部件，但我们也有兴趣加入其他机制，使其既可以作为能量收集器，也可作为传感器。”