印度开发出史上最小的微型超级电容器

随着智能设备、可穿戴传感器、物联网技术和植入式电子设备的尺寸缩小，它们所依赖的储能设备也应该缩小。印度的研究人员报告了迄今为止最小的微型超级电容器，使用了二维材料石墨烯和二硫化钼（MoS2）。

位于班加罗尔的印度科学研究所仪器与应用物理学教授Abha Misra表示，这种最新的微型超级电容器真的达到了微米尺度。

超级电容器是电池和电容器的混合体。电容器通过在由薄绝缘材料隔开的两个导电表面上积累电荷来存储能量。同时，电池通过电化学反应将化学能转化为电能。

与电池一样，超级电容器是由两个电极制成的，通常由超级电容器中的碳材料制成，该超级电容器浸渍有允许离子流过的液体电解质。当施加电压时，来自电解质的离子移动到带相反电荷的电极表面上。电荷在电极和电解质之间的界面积聚，形成所谓的“电双层”。这使它们能够快速储存和输送大量能量。除了快速充电和高功率外，它们的使用寿命也比电池长得多。

为了制造用于小型电子设备和传感器的微型超级电容器，研究人员使用了各种形式的石墨烯作为电极。Misra说：“人们通常会制作石墨烯墨水，并将其喷涂在电极上。这种工艺通常产生小型毫米级超级电容器。但该设备的功能通常很难控制，而石墨烯的喷涂会产生随机结构，这限制了电容”。

Misra和她的同事用多层电极制作了他们的超微型超级电容器。每个电极由几个2D MoS2薄片组成，上面覆盖着几个石墨烯薄片。一旦研究人员在二氧化硅基底上制作出层状电极，他们就会用凝胶电解质覆盖它们。所得到的电容具有1.8毫法拉/平方厘米（mF/cm2）。

二维材料的优势在于它们是半导体，她说。所以每个电极本质上都是一个场效应晶体管。当研究人员从二氧化硅下方施加栅极电压时，电子会被吸引到材料表面。这会将离子吸入MoS2和石墨烯片之间的空间。所以现在，她解释说，双电层不仅在电极-电解质界面上形成，它也在电极层之间形成。这使得电容猛增30倍，达到54mF/cm 2。

研究人员表示，该超级电容器设备具有更高电容值。而且，由于这些设备使用凝胶电解质而不是液体，因此可以更容易地与电子芯片集成。

该团队现在计划使用其他2D材料制造设备，看看它们是否可以进一步提高电容。该研究发表于《ACS Energy Letters》期刊。