【解密科技寶藏】點「石」成金:石墨烯製程改良,助超級電容更有力

作者 | 發布日期 2015 年 06 月 18 日 14:00 | 分類 零組件 , 電池 follow us in feedly
國家寶藏配圖

【解密科技寶藏-創新科技專案】有聽過超級電容嗎?超級電容是介於電池和電容之間的一種裝置。和普通的電池相比,超級電容存放的電要來的少,但是可以用更快的速度充電和放電;和普通的電容相比又可以儲存更多的電力。在一般生活中,超級電容器的其中一個應用就是高雄輕軌捷運──為了不破壞市容的美觀,高雄輕軌採用了無架空線的設計,也就是說列車不是直接從上方的電線取得電力,而是在車內裝置了許多的超級電容。在列車進站時,可以利用車站內的設備快速充電,而在站與站之間則是靠著充飽的電力行駛。如果換成普通的電池的話,停站的時間這麼短,可就不夠把電力充飽了呢!



超級電容器的原理,是用兩層以極小的間隔隔開的電極,泡在電解液中。這個間隔允許電離子穿過,但卻不允許電子通過,所以當「充電」時,電離子會向陰極和陽極游動,同時產生電容效應,吸引電子集中在陰極。這時候電極的選擇就非常地重要,因為這個電極要能有符合電容效應需求的性質,同時還要能盡量加大表面積,讓它的表面能附著更多的電子,達成更大的電容量。

這就是石墨烯登場的地方了。石墨烯是碳原子的一種特別排列方式,由單層的碳原子排成由六角環所組成的蜂窩狀平面結構。它有許多非常特別的物理特性,不僅電阻小(比銅、銀都低)、透光率高,而且機械強度大,結構不容易損壞。它導電優良的特性以及多孔的結構,正好符合超級電容的需求,是發展超級電容技術的重要材料。

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▲ 石墨烯是單層的碳原子排成由六角環所組成的蜂窩狀平面結構。(Source:wikipedia

國防部中山科學研究院(中科院)化學所的防蝕化學組計畫主持人王金鵬和其團隊,目前就致力於穩定生產石墨烯的製程,為未來的應用鋪路。首先,天然的石墨經強酸處理後,會形成氧化石墨,在石墨的結構平面上,產生環氧官能基。當這些環氧官能基曝露在高溫環境下(約攝氏 1,100 度)時,會分解出二氧化碳,充斥在石墨層間,這些二氧化碳氣體累積所產生的壓力,就可以從石墨表面剝離出極薄的石墨層,做各種應用。

除了前面提到的超級電容外,石墨烯作為鋰電池的負極,和透明的導電膜應用也成為研究的課題,雖然現階段都還停留在應用方式與製備階段,但在可預見的未來,它將成為各產業發展重要的推動力,因此中、日、韓等國都投入大量的資金,而台灣當然也不能落於人後,希望中科院的研究,能讓台灣在未來石墨烯的世界裡,也佔有一席之地囉! 

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