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石墨烯于超级电容上的应用

  超级电容器相较于传统二次电池,更适合在大功率环境下操作,但传统型超级电容器受限于本身内阻(Internal resistance)的影响,随着功率逐渐放大,能量密度会因极化效应而增加损耗。为了改善极化现象所产生的问题,目前会添加各种不同的导电碳来降低超级电容器的内阻,例如:碳黑、奈米碳管或乙炔黑与活性材料均匀混和,利用这些导电碳来降低超级电容器的阻抗。

  石墨烯是一种二维结构的碳材料,是目前材料中导电率最好的材料。文献中利用石墨烯取代传统导电碳作为导电添加剂,可以提升锂离子电池和超级电容器的功率密度。然而,石墨烯类似其他奈米材料,会受限于石墨烯与石墨烯之间凡德瓦尔力所造成的团聚现象,影响石墨烯导入应用的方便性,因此解决石墨烯团聚的问题,刻不容缓。一般会利用分散剂,改善石墨烯团聚的问题,然而分散剂,也会降低石墨烯的导电性能,不利石墨烯应用于储能组件。所以如何解决团聚的问题又不改变石墨烯的导电性,决定了石墨烯商品化的价值,而业界通常会利用相关的分散技术将石墨烯成功导入储能组件中。

  安炬科技目前开发出水系(S-WB30)以及有机系(S-ON32)的石墨烯悬浮液,凭着优异的导电性能与几何形状,可以形成一个更致密的导电网络,可以促进离子/电子快速传递,降低内阻,提高超级电容器的循环稳定性。


使用石墨烯水系悬浮液超级电容的内阻


石墨烯与NMP悬浮液应用于超级电容的性能图


使用石墨烯/NMP悬浮液超级电容的IR drop


使用石墨烯/NMP悬浮液超级电容在4 A/g下进行2,000次循环寿命测试


石墨烯与NMP悬浮液应用于超级电容电极的SEM图

 
   
 
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