芯片超級(jí)電容器又添新材料：多孔硅

　　多年來，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《光譜》雜志網(wǎng)站近日報(bào)道，芬蘭國家技術(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)受檢測時(shí)間的限制，而并非電極真實(shí)性能。他們繼續(xù)對其進(jìn)行充放電循環(huán)，至今已達(dá)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(xué)性能衰減問題。“超級(jí)電容要求穩(wěn)定地達(dá)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(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，他們在整體設(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。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　日本廚師發(fā)現(xiàn)將牛油果加上芥末竟然有了三文魚的味道。如今，芬蘭科學(xué)家也玩起了這樣混搭的“戲法”——他們給多孔硅穿上一層氮化鈦的外衣，盡管這層薄薄的外衣只有幾納米那么厚，卻足以改變多孔硅電極的性能。這樣的想象力讓超級(jí)電容器的電極材料又多了一位優(yōu)質(zhì)成員，且它給人們的生活帶來的改變也許遠(yuǎn)比一道日本料理大得多!隨著芯片技術(shù)的廣泛應(yīng)用，希望科學(xué)家盡快解決多孔硅電極材料在超小型超級(jí)電容器上的設(shè)計(jì)問題，讓這樣巧思的發(fā)明早日造福人類。