芯片超級電容器又添新材料 硅基電極性能首次達到碳基水平

多年來，能裝在芯片上的微小超級電容一直廣受科學家追捧，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《光譜》雜志網(wǎng)站近日報道，芬蘭國家技術(shù)研究中心（VTT）研究團隊最近把目光轉(zhuǎn)向了一種“不可能”的弱電材料—多孔硅，為了把它變成強大的電容器，團隊創(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。

該團隊負責人麥卡·普倫尼拉解釋說，因化學反應(yīng)導致的不穩(wěn)定性和高電阻導致的低功率，不帶涂層的多孔硅本是一種極差的電容器電極材料。涂上氮化鈦的多孔硅能提供化學惰性和高導電性，帶來了高度穩(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《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，報告數(shù)據(jù)受檢測時間的限制，而并非電極真實性能。他們繼續(xù)對其進行充放電循環(huán)，至今已達到5萬次，甚至在循環(huán)中讓電極干燥，也沒有出現(xiàn)物理損壞或電學性能衰減問題。“超級電容要求穩(wěn)定地達到10萬次循環(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5萬次測試。”

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的超級電容器。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/立方厘米，而新電極裝置功率密度達到214瓦/立方厘米，能量密度為1.3毫瓦時/立方厘米。普倫尼拉說，這些數(shù)字標志著硅基材料首次達到了碳基和石墨烯基電極方案的標準。

從電子產(chǎn)品的功率穩(wěn)定器到局部能量采集存儲器，芯片超級電容器有著廣泛的應(yīng)用。普倫尼拉說，他們在整體設(shè)計中還存在一些難題，每單位面積電容仍需提高，要達到技術(shù)許可的最高水平，他們還需進一步研究。（中國科技網(wǎng)）