这种由石墨烯制成的弹性超级电容器可以刺激可穿戴电子产品的发展。图片来源:陈晓东博士
未来，为你洗碗的软体机器人或为你的手机供电的智能t恤，可能取决于弹性电源的发展。但是传统的电池又厚又硬——对于用于微型延展性设备的材料来说，这不是理想的特性。在向可穿戴电子产品迈进的过程中，一组研究人员用石墨烯带制造出了一种可拉伸的微型超级电容器。
研究人员将于今天在第252届美国化学学会(ACS)全国会议和博览会上展示他们的工作。ACS，世界上最大的科学学会。它以9000多篇关于广泛科学主题的演讲为特色。
“大多数电源，比如手机电池，都是不可伸缩的。“它们非常坚硬，”陈晓东博士说，“我的团队已经制造出了可拉伸的电极，我们已经将它们集成到超级电容器中，这是一种为电子设备供电的能量存储设备。”
超级电容器开发于20世纪50年代，比标准电容器或电池具有更高的功率密度和更长的寿命周期。随着设备体积的缩小，超级电容器的体积也在缩小，新一代的二维微型超级电容器被集成到手机、电脑和其他设备中。然而，这些超级电容器仍然是刚性的，因此不适合需要伸长能力的软材料。
在这项研究中，新加坡南洋理工大学的陈教授和他的团队试图用石墨烯开发一种微型超级电容器。这种碳片以其薄、强和导电性而闻名。他说:“石墨烯可以弯曲和折叠，但它不能被拉伸。”为了解决这个问题，陈的团队从皮肤上得到了启示。皮肤有一种波状的微观结构，Chen说。“我们开始思考如何让石墨烯更像波浪。”
研究人员的第一步是制作石墨烯微带。大多数石墨烯都是用物理方法生产的，比如削去铅笔的尖端，但陈用化学方法来制造他的材料。“这样我们可以更好地控制石墨烯的结构和厚度，”他解释说。“用身体的方式很难控制这一点。厚度确实会影响电极的导电性，以及超级电容器整体能容纳多少能量。”
下一步是制造具有一系列金字塔脊的可拉伸聚合物芯片。研究人员将石墨烯带放置在脊上，形成了波浪状的结构。这种设计允许材料在拉伸时不会出现超导体的石墨烯电极分离、开裂或变形。此外，该团队还开发了kirigami结构，这是折纸折叠的变化，使超级电容器的柔韧性提高了500%，而不会降低其电化学性能。作为最后的测试，陈已经用可拉伸石墨烯为基础的微型超级电容器从计算器中为液晶显示器供电。类似地，这种可拉伸的超级电容器可以用于压力或化学传感器。
在未来的实验中，研究人员希望增加电极的表面积，这样它就可以容纳更多的能量。他说，目前的版本只能存储足够的能量为LCD设备供电一分钟。
陈承认来自该组织的资助新加坡总理办公室国家研究基金会，在其之下。卓越研究及科技企业校园计划能源和水管理纳米材料。
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