香港理工大学(理大)应用物理学系研发了一种简便的化学合成方法,用葡萄糖转化成为环保的二氧化锰(MnO2)墨水,透过普通的印刷方法,甚至家用列印机,就可以印制出既轻且薄又可弯曲,并同时具备优越性能的储能装置。以MnO2墨水制造的超级电容器比起使用相同重量储能物料(例如:炭粉)的商用电容器容量高30倍以上,能大幅度提高储能装置的实用价值,而生产成本少于港币一元。
由于MnO2是一种环保物质,无须被分解,再加上潜在容量高,它向来被视为制作储能装置的理想物料。不过,传统MnO2电极合成方法的制作成本高昂,过程复杂,更有机会在MnO2墨水涂层的制作过程中产生结块,降低性能。理大科研团队研发了一种简单的方法,将葡萄糖进行微波水热合成,再将碳微球在室温环境下进行液相合成,制作成为结构稳定的MnO2墨水。MnO2墨水可以均匀涂于不同基板上,如导电纸张、胶片和玻璃,同时可以控制储能装置的厚度和重量,制作出轻、薄、甚至透明和可弯曲的储能装置。将MnO2墨水涂上基板后,如有需要,更易于擦除,方便电子零件的组装。 理大研究人员将使用新化学合成方法制成的MnO2墨水涂于导电A4纸上制作储能装置,其最大能量密度和最大功率密度达到4毫瓦时每立方厘米(mWh•cm-3)和13瓦每立方厘米(Wh•cm-3)。以MnO2墨水制造的超级电容器比起使用相同重量储能物料(例如:炭粉)的商用电容器容量高30倍以上,能大幅度提高储能装置的实用价值。由于以MnO2墨水制造的超级电容器具备体积小、轻、薄、可弯曲、储电容量高的特质,可以广泛应用于很多领域,例如在可穿戴设备和射频识别系统,这种超级电容器可以作为弯曲型显示屏幕、智能服装、智能付款、智能感应器、行李追踪器等的电源,协助推动业界的发展。
相关的学术论文最近已在化学界权威杂志Angewandte Chemie International Edition中发表。理大研究团队将在未来两年致力提升储能装置的性能,包括完善MnO2墨水的合成方法,提升MnO2墨水超级电容器的最大电压和优化其结构,亦会进行更多测试,将储能装置与其他能源收集系统结合。
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