3月1日生产卓越电池技术的潜在突破

微型超级电容器可以通过延长电池寿命和实现极快的充电来彻底改变我们使用电池的方式。因此，从智能手机到电动汽车的所有产品制造商都在大力投资这些电子元件的研发。现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员开发了一种方法，该方法代表了如何生产这种超级电容器的突破。

“在讨论新技术时，很容易忘记制造方法的重要性，这样它们才能真正进行商业生产并对社会产生影响。在这里，我们开发了可以真正在生产中发挥作用的方法，”Agin Vyas 解释说，查尔姆斯理工大学微技术和纳米科学系的博士生，文章的第一作者。

超级电容器由两个被绝缘层隔开的电导体组成。与普通电池相比，它们可以存储电能并具有许多积极的特性，例如更快的充电速度、更有效的能量分配以及更长的使用寿命而不损失性能，就充电和放电循环而言。当超级电容器与电动产品中的电池结合使用时，电池寿命可以延长很多倍——商用电动汽车最多可以延长四倍。无论是个人电子设备还是工业技术，最终消费者的利益都可能是巨大的。

“能够快速充电当然非常方便，例如电动汽车，或者不必像我们目前在智能手机中那样经常更换或充电电池。但它也代表着巨大的环境效益，并且是如果电池具有更长的使用寿命并且不需要在复杂的过程中回收利用，则更具可持续性，”Agin Vyas 说。

制造面临巨大挑战

但在实践中，今天的超级电容器对于许多可能有用的应用来说太大了。它们需要与所连接的电池大小相同，这是将它们集成到手机或电动汽车中的障碍。因此，当今超级电容器的大部分研究和开发都是为了使它们更小——尤其如此。

Agin Vyas 和他的同事一直致力于开发“微型”超级电容器。它们非常小，可以安装在控制手机、计算机、电动机和我们今天使用的几乎所有电子产品的各种功能的系统电路上。该解决方案也称为“片上系统”。

最重要的挑战之一是最小单元需要以与系统电路中的其他组件兼容的方式制造，并且可以轻松地针对不同的使用领域进行定制。这篇新论文展示了一种制造过程，其中微型超级电容器与最常见的制造系统电路(称为 CMOS)的方式集成在一起。

“我们使用了一种称为旋涂的方法，这是许多制造过程中的基石技术。这使我们能够选择不同的电极材料。我们还在还原氧化石墨烯中使用烷基胺链，以展示它如何导致更高的充电和存储容量， ”阿金·维亚斯解释道。

“我们的方法是可扩展的，并且会降低制造过程的成本。它代表了生产技术的一大进步，也是微型超级电容器在日常电子产品和工业应用中实际应用的重要一步。”

还开发了一种方法，用于在一个统一的制造过程中生产多达十种不同材料的微型超级电容器，这意味着可以轻松定制特性以适应多种不同的最终应用。