近日，使用簡單的逐層涂布技術(shù)，美國和韓國的研究人員開發(fā)了一種紙質(zhì)柔性超級(jí)電容器，該超級(jí)電容器具備高能量和高功率密度的極佳性能。

我們通常根據(jù)三種性質(zhì)來判斷儲(chǔ)能裝置的優(yōu)劣：能量密度、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性。與電池相比，超級(jí)電容通常具有高功率密度，但是能量密度低，即超級(jí)電容存儲(chǔ)電量的能力要弱于電池，但是瞬間充放電能力要優(yōu)于電池。

所以想要將電容作為儲(chǔ)能設(shè)備，其低能量密度是最大的限制。為了提高超級(jí)電容器的性能，韓國大學(xué)化學(xué)與生物工程系的Lee和合作者JinhanCho就提高超級(jí)電容器的能源密度進(jìn)行研究，同時(shí)他們將保持其高功率產(chǎn)出。

實(shí)驗(yàn)中，首先，他們將紙樣品浸入含有胺表面活性劑材料的溶液的燒杯中，其中，該表面活性劑可以將金納米顆粒粘合到紙上；接著，他們將紙浸入含有金納米顆粒的溶液中。由于紙的本質(zhì)是一種纖維，且纖維是多孔的，所以表面活性劑和納米顆粒進(jìn)入纖維后會(huì)很牢固的附著在上面，以此在每個(gè)纖維上形成共形涂層。

通過重復(fù)浸漬步驟，研究人員得到了一張導(dǎo)電紙，隨后他們?cè)谄渖咸砑恿私惶鎸拥慕饘傺趸飪?chǔ)能材料，如氧化錳。對(duì)這一過程，Lee表示：“這基本上是一個(gè)非常簡單的過程，我們?cè)跓薪惶孢M(jìn)行操作，為纖維素纖維提供了良好的保形涂層。這樣，我們就可以折疊所得到的金屬紙而不損壞導(dǎo)電性。”

研究人員表明，他們的自組裝技術(shù)改進(jìn)了紙張超級(jí)電容，據(jù)測(cè)試，該金屬紙張超級(jí)電容器的最大功率和能量密度分別為15．1mW／cm2和267．3uW／cm2，基本超過傳統(tǒng)紙張或紡織超級(jí)電容。

值得注意的是，此研究中，研究人員使用的是金納米顆粒，因?yàn)樵摬馁|(zhì)顆粒易于使用，但他們計(jì)劃使用較便宜的金屬如銀或銅，以降低材料成本。

雖然這項(xiàng)研究涉及到小型紙張樣本，但是基于實(shí)際應(yīng)用中解決方案的技術(shù)要求，研究人員表示完全可以使用更大的儲(chǔ)罐甚至噴涂技術(shù)將其放大使用。對(duì)于該技術(shù)，Lee還補(bǔ)充說：“我們對(duì)施涂在紙張上的涂層進(jìn)行了納米級(jí)控制，如果我們?cè)黾訉訑?shù)，性能將繼續(xù)增加。”

接下來，研究團(tuán)隊(duì)將測(cè)試柔性織物上的技術(shù)，以及開發(fā)可與超級(jí)電容器配合使用的柔性電池。

關(guān)于該技術(shù)的應(yīng)用前景，佐治亞理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院助理教授SeungWooLee表示：“這種靈活的儲(chǔ)能裝置為可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間提供獨(dú)特的連接方式，未來它將會(huì)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)傳感器、消費(fèi)電子和特種電子產(chǎn)品等，將柔性電容與電子設(shè)備相結(jié)合，它可以推動(dòng)最先進(jìn)的便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展。”