得益于宾州州立大学和中国电子科技大学的研究人员的国际合作，可持续的，功能强大的微型超级电容器可能即将出现。到目前为止，高容量，快速充电的储能设备一直受到其电极组成的限制，这种连接负责在充电和分配能量期间管理电子流。现在，研究人员已经开发出一种更好的材料来改善连接性，同时保持可回收性和低成本中国机械网okmao.com。
他们于2月8日在Journal of Materials Chemistry A上发表了他们的研究结果。
“与典型的电池相比，超级电容器是一种功能非常强大的能量密集型设备，具有快速的充电速率，但是我们能使其变得更强大，更快并且具有很高的保留周期吗？” 在宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系的Huanyu“ Larry” Cheng，Dorothy Quiggle职业发展教授的实验室进行研究的通讯作者和博士生贾祝问。
在Cheng的指导下，Zhu致力于探索微型超级电容器的连接，并将其用于小型可穿戴传感器的研究中，以监测生命体征等。氧化钴是一种丰富，廉价的材料，在理论上具有快速转移能量电荷的高容量，通常构成电极。但是，与氧化钴混合制成电极的材料可能反应不良，从而导致能量容量比理论上低得多。
研究人员对原子库中的材料进行了仿真，以了解添加另一种材料（也称为掺杂）是否可以通过提供额外的电子同时最小化或完全消除负面影响来放大氧化钴作为电极的所需特性。他们对各种物质种类和含量进行了建模，以了解它们如何与氧化钴相互作用。
他说：“我们筛选了可能的材料，但发现许多可能有用的材料过于昂贵或有毒，因此我们选择了锡。” “锡可以以较低的成本广泛获得，并且对环境无害。”
在模拟中，研究人员发现，通过将一些钴部分替代为锡，然后将材料结合到可商购获得的石墨烯薄膜上，石墨烯薄膜是一种单原子厚的材料，可在不改变其电子性能的情况下支撑电子材料。称为低成本，易于开发的电极。
模拟完成后，中国团队进行实验以查看模拟是否可以实现。
朱说：“实验结果证实，在被锡部分取代后，氧化钴结构的电导率显着提高。” “开发的设备有望作为下一代储能设备具有广阔的实际应用。”
接下来，Zhu和Cheng计划使用他们自己的版本的石墨烯薄膜（一种通过部分切割然后用激光将其破坏的多孔泡沫制成）来制造柔性电容器，以实现简单，快速的导电性。
Cheng说：“超级电容器是一个关键组成部分，但我们也有兴趣与其他机制结合起来同时用作能量收集器和传感器。” “我们的目标是将许多功能集成到一个简单的自供电设备中。”
国家自然科学基金支持这项工作。