3月1日生產卓越電池技術的潛在突破

微型超級電容器可以通過延長電池壽命和實現極快的充電來徹底改變我們使用電池的方式。因此，從智能手機到電動汽車的所有產品制造商都在大力投資這些電子元件的研發。現在，瑞典查爾姆斯理工大學的研究人員開發了一種方法，該方法代表了如何生產這種超級電容器的突破。

“在討論新技術時，很容易忘記制造方法的重要性，這樣它們才能真正進行商業生產并對社會產生影響。在這里，我們開發了可以真正在生產中發揮作用的方法，”Agin Vyas 解釋說，查爾姆斯理工大學微技術和納米科學系的博士生，文章的第一作者。

超級電容器由兩個被絕緣層隔開的電導體組成。與普通電池相比，它們可以存儲電能并具有許多積極的特性，例如更快的充電速度、更有效的能量分配以及更長的使用壽命而不損失性能，就充電和放電循環而言。當超級電容器與電動產品中的電池結合使用時，電池壽命可以延長很多倍——商用電動汽車最多可以延長四倍。無論是個人電子設備還是工業技術，最終消費者的利益都可能是巨大的。

“能夠快速充電當然非常方便，例如電動汽車，或者不必像我們目前在智能手機中那樣經常更換或充電電池。但它也代表著巨大的環境效益，并且是如果電池具有更長的使用壽命并且不需要在復雜的過程中回收利用，則更具可持續性，”Agin Vyas 說。

制造面臨巨大挑戰

但在實踐中，今天的超級電容器對于許多可能有用的應用來說太大了。它們需要與所連接的電池大小相同，這是將它們集成到手機或電動汽車中的障礙。因此，當今超級電容器的大部分研究和開發都是為了使它們更小——尤其如此。

Agin Vyas 和他的同事一直致力于開發“微型”超級電容器。它們非常小，可以安裝在控制手機、計算機、電動機和我們今天使用的幾乎所有電子產品的各種功能的系統電路上。該解決方案也稱為“片上系統”。

最重要的挑戰之一是最小單元需要以與系統電路中的其他組件兼容的方式制造，并且可以輕松地針對不同的使用領域進行定制。這篇新論文展示了一種制造過程，其中微型超級電容器與最常見的制造系統電路(稱為 CMOS)的方式集成在一起。

“我們使用了一種稱為旋涂的方法，這是許多制造過程中的基石技術。這使我們能夠選擇不同的電極材料。我們還在還原氧化石墨烯中使用烷基胺鏈，以展示它如何導致更高的充電和存儲容量， ”阿金·維亞斯解釋道。

“我們的方法是可擴展的，并且會降低制造過程的成本。它代表了生產技術的一大進步，也是微型超級電容器在日常電子產品和工業應用中實際應用的重要一步。”

還開發了一種方法，用于在一個統一的制造過程中生產多達十種不同材料的微型超級電容器，這意味著可以輕松定制特性以適應多種不同的最終應用。