硅基電極性能首次達(dá)到碳基水平
發(fā)布時(shí)間：2016-06-14 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 分享到：
多年來(lái)，能裝在芯片上的微小超級(jí)電容一直廣受科學(xué)家追捧，決定電容器性能的關(guān)鍵是其電極材料，有潛力的“選手”包括石墨烯、碳化鈦和多孔碳等。據(jù)德國(guó)《光譜》雜志網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心(VTT)研究團(tuán)隊(duì)最近把目光轉(zhuǎn)向了一種“不可能”的弱電材料——多孔硅，為了把它變成強(qiáng)大的電容器，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地在其表面涂了一層幾納米厚的氮化鈦涂層，使其性質(zhì)得以改變。
該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人麥卡·普倫尼拉解釋說，因化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的不穩(wěn)定性和高電阻導(dǎo)致的低功率，不帶涂層的多孔硅本是一種極差的電容器電極材料。涂上氮化鈦的能提供化學(xué)惰性和高導(dǎo)電性，帶來(lái)了高度穩(wěn)定性和高功率，且多孔硅有很大的表面積矩陣。
根據(jù)荷蘭愛思唯爾出版集團(tuán)《納米能源》雜志在線發(fā)表的論文，新電極裝置經(jīng)13000次充放電循環(huán)而沒有明顯的電容減弱。普倫尼拉說，報(bào)告數(shù)據(jù)受檢測(cè)時(shí)間的限制，而并非電極真實(shí)性能。他們繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行充放電循環(huán)，至今已達(dá)到5萬(wàn)次，甚至在循環(huán)中讓電極干燥，也沒有出現(xiàn)物理?yè)p壞或電學(xué)性能衰減問題。“超級(jí)電容要求穩(wěn)定地達(dá)到10萬(wàn)次循環(huán)。目前用多孔硅—氮化鈦(Si-TiN)做電極的電容裝置能完全穩(wěn)定地通過5萬(wàn)次測(cè)試。”
在功率密度和能量密度方面，新電極裝置比得上目前最先進(jìn)的超級(jí)電容器。目前由氧化石墨烯/還原氧化石墨烯制造的芯片微電容器功率密度為200瓦/立方厘米，能量密度為2毫瓦時(shí)/立方厘米，而新電極裝置功率密度達(dá)到214瓦/立方厘米，能量密度為1.3毫瓦時(shí)/立方厘米。普倫尼拉說，這些數(shù)字標(biāo)志著硅基材料首次達(dá)到了碳基和石墨烯基電極方案的標(biāo)準(zhǔn)。
從電子產(chǎn)品的功率穩(wěn)定器到局部能量采集存儲(chǔ)器，芯片超級(jí)電容器有著廣泛的應(yīng)用。普倫尼拉說，他們?cè)谡w設(shè)計(jì)中還存在一些難題，每單位面積電容仍需提高，要達(dá)到技術(shù)許可的最高水平，他們還需進(jìn)一步研究。
