微型超級(jí)電容器可以通過(guò)延長(zhǎng)電池壽命和實(shí)現(xiàn)極快的充電來(lái)徹底改變我們使用電池的方式。因此，從智能手機(jī)到電動(dòng)汽車(chē)的所有產(chǎn)品制造商都在大力投資這些電子元件的研發(fā)。現(xiàn)在，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，該方法代表了如何生產(chǎn)這種超級(jí)電容器的突破。

“在討論新技術(shù)時(shí)，很容易忘記制造方法的重要性，這樣它們才能真正進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)并對(duì)社會(huì)產(chǎn)生影響。在這里，我們開(kāi)發(fā)了可以真正在生產(chǎn)中發(fā)揮作用的方法，”Agin Vyas 解釋說(shuō)，查爾姆斯理工大學(xué)微技術(shù)和納米科學(xué)系的博士生，文章的第一作者。

超級(jí)電容器由兩個(gè)被絕緣層隔開(kāi)的電導(dǎo)體組成。與普通電池相比，它們可以存儲(chǔ)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(zhǎng)的使用壽命而不損失性能，就充電和放電循環(huán)而言。當(dāng)超級(jí)電容器與電動(dòng)產(chǎn)品中的電池結(jié)合使用時(shí)，電池壽命可以延長(zhǎng)很多倍——商用電動(dòng)汽車(chē)最多可以延長(zhǎng)四倍。無(wú)論是個(gè)人電子設(shè)備還是工業(yè)技術(shù)，最終消費(fèi)者的利益都可能是巨大的。

“能夠快速充電當(dāng)然非常方便，例如電動(dòng)汽車(chē)，或者不必像我們目前在智能手機(jī)中那樣經(jīng)常更換或充電電池。但它也代表著巨大的環(huán)境效益，并且是如果電池具有更長(zhǎng)的使用壽命并且不需要在復(fù)雜的過(guò)程中回收利用，則更具可持續(xù)性，”Agin Vyas 說(shuō)。

制造面臨巨大挑戰(zhàn)

但在實(shí)踐中，今天的超級(jí)電容器對(duì)于許多可能有用的應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(jī)或電動(dòng)汽車(chē)中的障礙。因此，當(dāng)今超級(jí)電容器的大部分研究和開(kāi)發(fā)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(kāi)發(fā)“微型”超級(jí)電容器。它們非常小，可以安裝在控制手機(jī)、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)和我們今天使用的幾乎所有電子產(chǎn)品的各種功能的系統(tǒng)電路上。該解決方案也稱(chēng)為“片上系統(tǒng)”。

最重要的挑戰(zhàn)之一是最小單元需要以與系統(tǒng)電路中的其他組件兼容的方式制造，并且可以輕松地針對(duì)不同的使用領(lǐng)域進(jìn)行定制。這篇新論文展示了一種制造過(guò)程，其中微型超級(jí)電容器與最常見(jiàn)的制造系統(tǒng)電路(稱(chēng)為 CMOS)的方式集成在一起。

“我們使用了一種稱(chēng)為旋涂的方法，這是許多制造過(guò)程中的基石技術(shù)。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(dǎo)致更高的充電和存儲(chǔ)容量， ”阿金·維亞斯解釋道。

“我們的方法是可擴(kuò)展的，并且會(huì)降低制造過(guò)程的成本。它代表了生產(chǎn)技術(shù)的一大進(jìn)步，也是微型超級(jí)電容器在日常電子產(chǎn)品和工業(yè)應(yīng)用中實(shí)際應(yīng)用的重要一步。”

還開(kāi)發(fā)了一種方法，用于在一個(gè)統(tǒng)一的制造過(guò)程中生產(chǎn)多達(dá)十種不同材料的微型超級(jí)電容器，這意味著可以輕松定制特性以適應(yīng)多種不同的最終應(yīng)用。