【产通社，4月17日讯】随着智能设备、可穿戴传感器、物联网技术和植入式电子设备的尺寸缩小，它们所依赖的储能设备也应该缩小。超级电容器具有很高的能量储存，以及处理快速充放电循环的能力，将再造传统的化学电池——近年来已经缩小到“微型”大小。现在，印度的研究人员报告了迄今为止最小的微型超级电容器，使用了二维材料石墨烯和二硫化钼(MoS2)。

印度科学研究所仪器和应用物理学教授Abha Misra说，这种最新的微型超级电容器名副其实。尽管上一代器件只有微米级，但测量结果更接近毫米级，“我们已经实现了三个数量级的尺寸缩减。我们真的已经到了微米级。”

超级电容器是电池和电容器的混合体。电容器通过由薄绝缘材料隔开的两个导电表面上积累电荷来储存能量。与此同时，电池通过电化学反应将化学能转化为电能。

像电池一样，超级电容器由两个电极组成——通常由超级电容器中的碳材料制成——浸渍有允许离子流过的液体电解质。当施加电压时，电解质中的离子移动到带相反电荷的电极表面。电荷在电极和电解质之间的界面聚集，形成所谓的“双电层”，这使得它们能够快速储存和输送大量的能量。除了快速充电和高功率之外，它们的续航时间也比电池长得多。

为了制造用于小型电子设备和传感器的微型超级电容器，研究人员已经将各种形式的石墨烯用于电极。“人们通常制作石墨烯墨水，并将其喷涂在电极上，”Misra说。这一过程通常会产生小型毫米级超级电容器。她说，但这种器件的功能通常很难控制，而石墨烯的喷涂应用产生了一种随机结构，这限制了电容。

Misra和她的同事用多层电极制造了他们的超微超级电容器。每个电极都是由几片2D二硫化钼薄片和几片石墨烯薄片组成的。一旦研究人员在二氧化硅衬底上制作了分层电极，他们就用凝胶电解质覆盖它们。所得器件的电容为1.8毫法每平方厘米(mF/cm2)。

她说，2D材料的优势在于它们是半导体。所以每个电极本质上都是一个场效应晶体管。当研究人员从二氧化硅下施加栅极电压时，电子被吸引到材料表面。这将离子吸引到二硫化钼和石墨烯片之间的空间。她解释说，双电层不仅在电极-电解质界面上形成，也在电极层之间形成。这使得电容猛增30倍，达到54 mF/cm2。

其他人报道了超级电容器装置具有更高电容值。Misra说，但就其真正的微米尺寸而言，这种新器件显示出异常高的电容。此外，她说，这些器件提供了更容易与电子芯片集成的选项，因为它们使用凝胶电解质而不是液体。

该团队现在计划使用其他2D材料制造器件，看看它们是否能进一步提高电容。他们的发现发表在最近一期的ACS能源快报（ACS Energy Letters）上。（来源：IEEE spectrum；编译：Donna Zhang，张底剪报厂）