超級電容器的原理,是用兩層以極小的間隔隔開的電極,泡在電解液中。這個間隔允許電離子穿過,但卻不允許電子通過,所以當“充電”時,電離子會向陰極和陽極游動,同時產(chǎn)生電容效應(yīng),吸引電子集中在陰極。這時候電極的選擇就非常地重要,因為這個電極要能有符合電容效應(yīng)需求的性質(zhì),同時還要能盡量加大表面積,讓它的表面能附著更多的電子,達成更大的電容量。
這就是石墨烯登場的地方了。石墨烯是碳原子的一種特別排列方式,由單層的碳原子排成由六角環(huán)所組成的蜂窩狀平面結(jié)構(gòu)。它有許多非常特別的物理特性,不僅電阻小(比銅、銀都低)、透光率高,而且機械強度大,結(jié)構(gòu)不容易損壞。它導電優(yōu)良的特性以及多孔的結(jié)構(gòu),正好符合超級電容的需求,是發(fā)展超級電容技術(shù)的重要材料。
國防部中山科學研究院(中科院)化學所的防蝕化學組計劃主持人王金鵬和其團隊,目前就致力于穩(wěn)定生產(chǎn)石墨烯的制程,為未來的應(yīng)用鋪路。首先,天然的石墨經(jīng)強酸處理后,會形成氧化石墨,在石墨的結(jié)構(gòu)平面上,產(chǎn)生環(huán)氧官能基。當這些環(huán)氧官能基曝露在高溫環(huán)境下(約攝氏 1,100 度)時,會分解出二氧化碳,充斥在石墨層間,這些二氧化碳氣體累積所產(chǎn)生的壓力,就可以從石墨表面剝離出極薄的石墨層,做各種應(yīng)用。
除了前面提到的超級電容外,石墨烯作為鋰電池的負極,和透明的導電膜應(yīng)用也成為研究的課題,雖然現(xiàn)階段都還停留在應(yīng)用方式與制備階段,但在可預(yù)見的未來,它將成為各產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的推動力,因此中、日、韓等國都投入大量的資金,而臺灣當然也不能落于人后,希望中科院的研究,能讓臺灣在未來石墨烯的世界里,也占有一席之地啰!
]]>