電容器充放電速度很快，但是相比電池儲(chǔ)能較少。Bandaru團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)可以通過在石墨烯引入電荷缺陷來提高電容的儲(chǔ)能。
加州圣地亞哥大學(xué)的工程師已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種方法，用來增加石墨烯中儲(chǔ)存的電荷量。該研究成果發(fā)表在最近的在線《納米快報(bào)》上，它可能有助于我們更好的理解在汽車、風(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能發(fā)電的應(yīng)用潛能下如何提高電容器的儲(chǔ)能能力。
電容器充電和放電速度很快，對快速、大量爆發(fā)式的能量更有利用價(jià)值，例如照相機(jī)閃光和發(fā)電廠。它們快速充放電的能力相比于電池的長時(shí)間充電來說是一種優(yōu)勢。但是，電容器存在的問題是，它們的儲(chǔ)能比電池少。
如何改善電容器的儲(chǔ)能呢?在加州圣地亞哥雅各布大學(xué)的機(jī)械工程教授Prabhakar Bandaru的實(shí)驗(yàn)室，研究人員提出了一個(gè)方法，即在試驗(yàn)中引入更多的電荷到以石墨烯為模型材料的電容器電極。其原理是：電荷增加導(dǎo)致電容增加，從而轉(zhuǎn)化為能量存儲(chǔ)增加。
怎樣利用缺陷?
一個(gè)完美的碳納米管結(jié)構(gòu)是沒有缺陷的，但在實(shí)際情況下碳納米管外壁上沒有碳原子缺失、沒有空洞這類的缺陷幾乎是不可能的。Bandaru實(shí)驗(yàn)室的研究人員想出一個(gè)切實(shí)可行的方法去利用缺陷，而不是去規(guī)避缺陷。
Bandaru說：“電荷缺陷可能對能量儲(chǔ)存有利——這項(xiàng)認(rèn)識激發(fā)了我?！?
該團(tuán)隊(duì)使用了一種基于氬離子的等離子體處理方法，其中石墨烯樣品與帶正電的氬離子相撞擊。在這個(gè)過程中，碳原子被撞擊脫離了石墨烯層，留下含有正電荷的空穴——這些就是電荷缺陷。經(jīng)過氬等離子體處理的石墨烯樣品，其材料的電容增加了三倍。
石墨烯中“之”字形曲折缺陷和“扶手椅”形缺陷
“我們可以通過引入電荷缺陷來增大電容，并且可以控制在材料中引入何種電荷缺陷，這是令人興奮的。” Bandaru教授研究小組的研究生、同時(shí)也是這項(xiàng)研究的第一作者Rajaram Narayanan講到。
該團(tuán)隊(duì)利用拉曼光譜和電化學(xué)測量來表征氬等離子體引入到石墨烯晶格后的缺陷類型。研究結(jié)果表明，形成的擴(kuò)展缺陷包括“扶手椅”和“之”字形缺陷，這是基于缺失碳原子的形狀而命名的。
此外，電化學(xué)研究幫助該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)測量電荷之間距離的新尺度。Bandaru表示：“此新尺度為我們究竟能夠做到多小的電子設(shè)備提供了基準(zhǔn)，這對電子應(yīng)用十足重要。”
