香港理工大學(理大)應用物理學系研發了一種簡便的化學合成方法,用葡萄糖轉化成為環保的二氧化錳(MnO2)墨水,透過普通的印刷方法,甚至家用列印機,就可以印製出既輕且薄又可彎曲,並同時具備優越性能的儲能裝置。以MnO2墨水製造的超級電容器比起使用相同重量儲能物料(例如:炭粉)的商用電容器容量高30倍以上,能大幅度提高儲能裝置的實用價值,而生產成本少於港幣一元。
由於MnO2是一種環保物質,無須被分解,再加上潛在容量高,它向來被視為製作儲能裝置的理想物料。不過,傳統MnO2電極合成方法的製作成本高昂,過程複雜,更有機會在MnO2墨水塗層的製作過程中產生結塊,降低性能。理大科研團隊研發了一種簡單的方法,將葡萄糖進行微波水熱合成,再將碳微球在室溫環境下進行液相合成,製作成為結構穩定的MnO2墨水。MnO2墨水可以均勻塗於不同基板上,如導電紙張、膠片和玻璃,同時可以控制儲能裝置的厚度和重量,製作出輕、薄、甚至透明和可彎曲的儲能裝置。將MnO2墨水塗上基板後,如有需要,更易於擦除,方便電子零件的組裝。 理大研究人員將使用新化學合成方法製成的MnO2墨水塗於導電A4紙上製作儲能裝置,其最大能量密度和最大功率密度達到4毫瓦時每立方厘米(mWh•cm-3)和13瓦每立方厘米(Wh•cm-3)。以MnO2墨水製造的超級電容器比起使用相同重量儲能物料(例如:炭粉)的商用電容器容量高30倍以上,能大幅度提高儲能裝置的實用價值。由於以MnO2墨水製造的超級電容器具備體積小、輕、薄、可彎曲、儲電容量高的特質,可以廣泛應用於很多領域,例如在可穿戴設備和射頻識別系統,這種超級電容器可以作為彎曲型顯示屏幕、智能服裝、智能付款、智能感應器、行李追蹤器等的電源,協助推動業界的發展。
相關的學術論文最近已在化學界權威雜誌Angewandte Chemie International Edition中發表。理大研究團隊將在未來兩年致力提升儲能裝置的性能,包括完善MnO2墨水的合成方法,提升MnO2墨水超級電容器的最大電壓和優化其結構,亦會進行更多測試,將儲能裝置與其他能源收集系統結合。
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