被稱為超級電容器的能量儲存裝置充電次數(shù)是電池的許多倍，但是它們能儲存能量的總量卻是有限的。這就意味著此裝置可以在用電需求爆發(fā)時作為電池的補充，但不太適用于需要長期穩(wěn)定供電的地方，例如驅(qū)動筆記本電腦或者發(fā)動機。
微型超級電容器：在顯微鏡中看到的這個薄膜碳超級電容器電極，大約每邊長50微米。曲折多孔的地方是此裝置的活性區(qū)域。來源：閔憲
費城的德雷克塞爾大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，可以借用芯片制造行業(yè)的技術(shù)來制造薄膜碳超級電容器，它能儲存的能量是傳統(tǒng)超級電容器材料的三倍。盡管那仍不及電池的量，但是薄膜超級電容器可以在永不更換的情況下工作。
這種電儲存薄膜可以直接焊接到RFID芯片和數(shù)字手表的芯片上，它們所占的空間比傳統(tǒng)電池小。它們也可以裝在太陽能電板的背面，無論是便攜式設(shè)備還是屋頂裝置，以便儲存白天產(chǎn)生的能量供太陽落下后使用。賓夕法尼亞州的新創(chuàng)公司Y-Carbon已獲得了該材料的授權(quán)。
超級電容器“是一種幾乎有無限壽命的電能來源，” 費城德雷克塞爾大學(xué)的材料科學(xué)和工程教授尤里•戈戈斯（Yury Gogotsi）說，他主持了薄膜超級電容器的研發(fā)。“它會比任何電子設(shè)備都長壽，而且不需要更換。”電池是通過化學(xué)反應(yīng)儲存和釋放能量的，導(dǎo)致它們會隨著時間的推移而老化，而超級電容器是通過轉(zhuǎn)移表面的電荷工作的。這表示它們可以快速地充、放電，而且因為電極材料不涉及任何化學(xué)反應(yīng)，它們可以成千上萬次地循環(huán)。研究人員已經(jīng)開始研發(fā)薄膜超級電容器材料，但是在用實際制作方法以達到足夠高的總能量儲存方面遇到了困難，戈戈斯說。
戈戈斯的團隊使用了一種叫做化學(xué)氣相沉積的高真空度方法制造金屬碳化物薄膜，例如硅片表面的碳化鋇。然后薄膜進行氯化以消除鈦，留下多孔的碳膜。在每一個曾有鈦原子的地方，都會留下一個小孔。“薄膜就像一塊分子海綿，每一個孔的大小都與離子相當(dāng)，”戈戈斯說。這種匹配意味著當(dāng)它被用作超級電容器中的電荷儲存材料時，碳薄膜可以累積大量的表面電荷。德雷克塞爾的研究人員在兩個表面都加入金屬電極，將電流帶入或帶出設(shè)備，并加入了液體電解質(zhì)以攜帶電荷，這樣整個設(shè)備就完成了。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳材料的厚度在50微米的時候，與人類頭發(fā)絲的厚度相當(dāng)，該設(shè)備的性能最佳。
德雷克塞爾的研究人員率先在幾年前開始研發(fā)這種超級電容器材料；4月22日，在《科學(xué)》雜志上，他們闡述了由此制作最初薄膜的過程。傳統(tǒng)的超級電容器是由粉狀的活性碳制成的。這些粉末不能用來制造大型薄膜，因為它們無法粘在表面上。也有其他研究團隊開發(fā)了基于碳納米管的可打印薄膜超級電容器；但戈戈斯說他的設(shè)備能儲存更多的電荷。
戈戈斯表示，理論上講，用這種方法制作的薄膜沒有大小的限制，太陽能行業(yè)和顯示器行業(yè)用這種方法制造了9平方米的板。由于碳薄膜很薄，且能在200 ºC的低溫下制造，也許能將它與軟性電子業(yè)相結(jié)合。
