被稱為超級電容器的能量儲存裝置充電次數是電池的許多倍，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的研究人員已經證明，可以借用芯片制造行業(yè)的技術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，無論是便攜式設備還是屋頂裝置，以便儲存白天產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。
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的材料科學和工程教授尤里•戈戈斯（Yury Gogotsi）說，他主持了薄膜超級電容器的研發(fā)。“它會比任何電子設備都長壽，而且不需要更換。”電池是通過化學反應儲存和釋放能量的，導致它們會隨著時間的推移而老化，而超級電容器是通過轉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反應，它們可以成千上萬次地循環(huán)。研究人員已經開始研發(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，”戈戈斯說。這種匹配意味著當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備，并加入了液體電解質以攜帶電荷，這樣整個設備就完成了。他們發(fā)現當碳材料的厚度在50微米的時候，與人類頭發(fā)絲的厚度相當，該設備的性能最佳。
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》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)相結合。
