美國勞倫斯利物莫國家實驗室（LLNL）和加州大學(xué)圣克魯茲分校的研究人員首次用極輕的石墨烯氣凝膠制備出了超級電容器。據(jù)了解，LLNL的研究團(tuán)隊使用了一種被稱為直接油墨書寫的3D打印工藝和該實驗室自己設(shè)計的氧化石墨烯復(fù)合油墨來打印微結(jié)構(gòu)，制造出可以保留能量的超級電容，比當(dāng)前使用電極制造的同類電容薄10至100倍。他們的成果發(fā)表在《Nano Letters》上。

“這項技術(shù)突破了2D制造的限制。”該論文的第一作者，LLNL的工程師Cheng Zhu說?！拔覀兛梢?用它)制造出各種各樣、非常復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。舉個例子來說，這項技術(shù)使我們在智能手機(jī)里為能量存儲系統(tǒng)留下一個很小的空間即可?！?/p>

微結(jié)構(gòu)、超輕量級的3D打印超級電容器比用電極構(gòu)成的電容薄10至100倍。而且，Cheng Zhu稱，這種超級電容器的充電速度也非常快。理論上只需幾分鐘或者幾秒鐘即可充滿電量。Zhu和他的同事們相信，將來全新設(shè)計的3D打印超級電容可以用來創(chuàng)建當(dāng)前很難制造、甚至用其它方法不可能實現(xiàn)的獨特電子產(chǎn)品，比如完全定制的智能手機(jī)或者折疊裝置等，與此同時其性能也將達(dá)到前所未有的水平。

“我們正在開創(chuàng)性地將3D打印及多孔材料結(jié)合起來?！痹撜撐牡墓餐髡?、材料和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家Fang Qian說：“考慮到超級電容可以作為一種便攜式的能源裝置，所以任何用電的裝置都可以從中獲益。如果我們可以使用輕便、緊湊和高性能的超級電容器來代替當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)，這將是一個徹底的改變?！?/p>

研究人員稱，相對于碳基材料，石墨烯油墨的優(yōu)勢相當(dāng)明顯，它具有超高的表面積、重量性，彈性和導(dǎo)電性也非常出色。除此之外，石墨烯復(fù)合氣凝膠超級電容器的性能也非常穩(wěn)定。研究人員稱，這種電容在經(jīng)過10000次充放電循環(huán)之后仍然能夠幾乎完整地保留他們的充電能力。

“增材制造的3D儲能結(jié)構(gòu)將提升超級電容器的能量和功率特性，使輕量化、小型化的電源成為可能。”LLNL材料工程師Eric duoss說?！笆┦且环N令人難以置信的材料，因為它本質(zhì)上是一個單原子層，可以用石墨來制造。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和晶體排列方式，它真的具有非凡的能力?！痹谶@項研究中，LLNL實驗室的研究人員還與加州大學(xué)Santa Cruz分校的Yat Li教授及其研究生Tianyu Liu進(jìn)行了密切合作，后者負(fù)責(zé)分析該項目的電化學(xué)特征，并對該技術(shù)使用的材料進(jìn)行優(yōu)化。在接下來的一年中，科學(xué)家們計劃通過開發(fā)新的3D設(shè)計來進(jìn)一步擴(kuò)展該技術(shù)的應(yīng)用空間，同時嘗試使用不同的油墨，并改進(jìn)現(xiàn)有材料的性能。

來源：新材料與產(chǎn)業(yè)技術(shù)北京研究院

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