新型导电塑料诞生，可大幅晋升超等电容器机能

IT之家 1 月 22 日新闻，塑料作为古代社会中弗成或缺的资料，存在优良的绝缘机能。但是，20 世纪 70 年月，迷信家偶尔发明某些塑料也存在导电性，这一发明彻底转变了资料迷信的格式，并为电子装备跟动力存储范畴开拓了新的利用远景。据IT之家懂得，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）是现在利用最普遍的导电塑料之一。PEDOT 是一种柔韧、通明的薄膜，常用于维护拍照胶片跟电子元件免受静电烦扰，同时也被利用于触摸屏、无机太阳能电池跟电致变色装备（如智能窗户）中。但是，因为贸易化的 PEDOT 资料导电性跟名义积无限，其在动力存储范畴的潜力始终遭到限度。加州年夜学洛杉矶分校（UCLA）的化学家们经由过程一种翻新方式，胜利把持了 PEDOT 的状态，使其成长出准确的纳米纤维构造。这些纳米纤维不只存在优良的导电性，还明显增添了资料的名义积，从而年夜幅晋升了 PEDOT 的动力存储才能。相干研讨结果宣布在《进步功效资料》（Advanced Functional Materials）期刊上。超等电容器与电池的任务道理一模一样。电池经由过程迟缓的化学反映存储能量，而超等电容器则经由过程在资料名义积聚电荷来存储跟开释能量。这种机制使得超等电容器可能极快地充放电，十分合适须要疾速能量开释的利用场景，比方混杂能源跟电动汽车的动能接纳体系以及相机闪光灯。因而，开辟机能更优的超等电容器是增加对化石燃料依附的主要道路之一。但是，超等电容器面对的重要挑衅是怎样制作出存在充足名义积的资料以存储大批能量，而传统的 PEDOT 资料在这方面表示欠安。UCLA 的研讨团队经由过程一种奇特的气相成长工艺，胜利制备出垂直陈列的 PEDOT 纳米纤维。这些纳米纤维形似向上成长的茂密草丛，明显增添了资料的名义积，从而使其可能存储更多能量。详细而言，研讨职员在石墨片上滴加含有氧化石墨烯纳米片跟三氯化铁的液体，随后将样品裸露于 PEDOT 前体分子的蒸汽中。与传统的 PEDOT 资料构成薄而平的薄膜差别，这种新方式使聚合物成长出丰富的绒毛状构造，名义积年夜幅增添。“这种资料的垂直成长特征使咱们可能制作出比传统 PEDOT 存储更多能量的电极，”该研讨的通信作者、UCLA 资料迷信家 Maher El-Kady 说明道，“电荷存储在资料名义，而传统的 PEDOT 薄膜名义积缺乏，无奈存储大批电荷。咱们经由过程增添 PEDOT 的名义积，明显晋升了其容量，从而可能用于制作超等电容器。”试验成果表现，这种新型 PEDOT 资料在多个要害指标上表示优良，远超预期。其导电性是贸易化 PEDOT 产物的 100 倍，使其在电荷存储方面愈加高效。更令人注视的是，这些 PEDOT 纳米纤维的电化学活性名义积是传统 PEDOT 的四倍。名义积的增添象征着在雷同体积的资料中能够存储更多能量，从而明显晋升了超等电容器的机能。得益于这种新工艺，石墨烯片上成长的纳米纤维层存在迄今为止报道的最高电荷存储容量之一 —— 每平方厘米超越 4600 毫法拉，多少乎是传统 PEDOT 的十倍。别的，这种资料还表示出极高的持久性，可能禁受超越 7 万次充放电轮回，远超传统资料。这些冲破为开辟更快、更高效且更耐用的超等电容器摊平了途径，对可再生动力行业存在主要意思。“咱们的电极表示出出色的机能跟持久性，这标明石墨烯 PEDOT 在超等电容器中的利用潜力宏大，有助于满意社会的动力需要，”另一位通信作者、UCLA 化学与资料迷信与工程出色教学 Richard Kaner 表现。Kaner 的研讨团队在导电聚合物范畴已有超越 37 年的研讨汗青。他在博士时期曾参加导师 Alan MacDiarmid 跟 Alan Heeger 对于导电塑料的发明，后者因而取得了诺贝尔奖。