【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

【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。

▲ 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！