隨著微機電系統(MEMS)的快速發展以及便攜式電子設備和無線傳感網絡的廣泛應用，設備微型化已成為一個重要發展方向，這就要求與之配套的供能器件必須兼具小的體積和高的效率。
目前為設備供能的微型發電機存在不能持續供能且功率較低的缺陷，而傳統的微型電池則存在充放電效率低、循環次數有限、不具備大功率充放電能力且安全性較差等缺點，因此迫切需要發展一種體積小、效率高、能量密度和功率密度大、使用壽命長的儲能裝置。
神奇的“超級電容器”
超級電容器，也稱電化學電容器，是基于高比表面積炭電極/電解液界面產生的雙電層電容，或者基于過渡金屬氧化物或導電聚合物的表面及體相所發生的氧化還原反應來實現能量的儲存。其構造和電池類似，主要包括正負電極、電解液、隔膜和集流體。
作為一種新型儲能裝置，超級電容器具有輸出功率高、充電時間短、使用壽命長、工作溫度范圍寬、安全且無污染等優點，有望成為本世紀新型的綠色電源。傳統的超級電容器體積較大，不能適應微型設備對于儲能器件體積較小的要求。因此，高性能微型超級電容器的設計與制備，以及在微型系統中作為能量存儲單元的應用是當前研究的熱點之一。
眾所周知，電極材料是超級電容器的關鍵所在，它決定著電容器的主要性能指標，如能量密度、功率密度和循環穩定性等。截至目前，納米結構的活性炭、碳化物轉化炭、碳納米管、炭洋蔥、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯等已經被用于微型超級電容器的電極材料，然而，它們的性能指標很難滿足不斷發展的微型能源系統的實際使用要求。而且，制造微型超級電容器電極需要復雜的光刻工藝，條件苛刻、周期長，因此很難降低產品的成本及價格，從而阻礙了其商業化前景。
由一層碳原子呈蜂窩狀有序排列而構成的石墨烯已經被證明是一種新型且高效的超級電容器電極材料。近日，美國加州大學洛杉磯分校工程及應用科學學院理查德·卡奈爾教授研究團隊發展了以石墨烯為基礎的新型微型超級電容器。
令人非常興奮的是，該電容器不僅具有小巧的外形，更重要的是可以在極短的時間內完成充電，其充放電的速度比標準電池快數百倍甚至上千倍。
此外，這種石墨烯基微型超級電容器還具有極佳的柔性，一般的扭曲不會影響電容器的性能。更令人驚奇的是，制造這種體積很小的微型超級電容器并不需要高精尖的設備器械，利用一臺普通的家用DVD光雕刻錄機就可以完成整個生產過程。該研究團隊能在不到30分鐘的時間內，在一張光盤上生產出100多個石墨烯微型超級電容器，其工藝過程簡單，并且所用材料都很廉價。
除了電極材料，該團隊對電極結構也進行了優化和比較。與較為普遍的三明治夾層式石墨烯電極相比，光刻得到的平面石墨烯電極具有更加優越的電容性能。而且，相同面積的石墨烯，手指交叉形狀的微型電極數量越多，電容器的性能就越好。
同時，該團隊還首次提出了一種由納米二氧化硅和離子液體混合構成的新型固態電解質。與傳統固態電解質相比，該電解質可以數倍提高電容器的容量及耐用時間，該方面的性能甚至可以和薄膜型的鋰離子電池相媲美。
因此，這種新穎的石墨烯微型電容器有望作為MEMS系統、便攜式電子設備、無線傳感網絡、柔性顯示器、電子報紙，及其多種生物體內電子設備的儲能器件得到應用。
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