石墨烯最新技術研發現況

刊登日期:2012/5/28
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將石墨烯變為蓄電池電極 可利用光碟設備量產的新技術
石墨烯為一種碳材料,依據目前的研發成果顯示,極可能用作蓄電池用之電極材料。美國University of California ,Los Angeles大學(UCLA)與日本物質‧材料研究機構(NIMS)各自使用石墨烯作為電極材料,並且成功研發出在能量密度上可與二次電池匹敵的儲能品。於石墨烯的製作上所研發出的獨家技術,包含了活用於消費類產品的技術,以及在石墨烯當中搭配奈米碳管(CNT)的技術。

 
圖一、於DVD上所成膜的氧化石墨(金黃色)上,利用DVD雷射形成了圖案。雷射照射到的部分形成了多層石墨烯,顏色也變成黑色。
(拍攝:Maher El-Kady, UCLA)

UCLA的研發團隊表示,利用市售20美元左右的低價CD/DVD光碟設備,其可用作為石墨烯電極的「製造設備」,並展示其研究成果(圖二)。製造流程如下,首先將石墨粉末氧化之後變成「石墨氧化物(GO)」粉末,再將其分散於水溶液中,並均一塗佈在PET(Polyethylene Terephthalate)等薄膜基板上。再使其乾燥之後貼附在CD/DVD光碟上,放置於光碟設備之內,用燒錄CD時的雷射進行照射。

石墨氧化物在照射雷射光之後,會還原並產生層間剝離,石墨烯會變成多層重疊的「LSG(Laser Scribed Graphene)」狀態,顏色也會由金黃色變成有點偏黑色。最後將附有石墨烯的薄膜基板由光碟片上剝離,就可作為電容器以及二次電池的應用。UCLA的研發團隊目前已經試做出面積1平方公分,厚度僅為68μ~82μm的可撓式電化學電容器(EC)。

 UCLA的研發團隊於薄型電容器之電解液的選用上,嘗試過(1)磷酸;(2)由磷酸與聚乙烯醇(PVA)樹脂混合而成的凝膠狀物質;(3)離子液體等各種材料選項。實驗結果顯示,上述材料皆可以維持電容器的高輸出密度,並且實現與鋰離子二次電池相等的能量密度。其中特別針對使用離子液體的電容器,單位體積的最高能量密度可達到1.36kWh/L,單位體積的最高輸出功率密度約為20kW/L,該研發結果可以證實這樣的性能,已經達到與薄型鋰離子二次電池與鋁電解電容器相當的輸出密度水準---完整內容請見下方檔案。

※本文承日經BP社Nikkei Electronics 雜誌授權轉譯,特此深謝。原文著作權為Nikkei Electronics所有,禁止轉載。Nikkei Electronics 為數位時代的電子、資訊、通訊技術綜合雜誌,更多豐富、精彩內容,請上:http://nebook.com.tw/?cat=110
編譯:材網編輯室/工研院材化所
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