石墨烯另辟蹊径 引入电荷缺陷来提高电容储能

电容器充放电速度很快，但是相比电池储能较少。Bandaru团队发现可以通过在石墨烯引入电荷缺陷来提高电容的储能。

加州圣地亚哥大学的工程师已经发现了一种方法，用来增加石墨烯中储存的电荷量。该研究成果发表在最近的在线《纳米快报》上，它可能有助于我们更好的理解在汽车、风力涡轮机和太阳能发电的应用潜能下如何提高电容器的储能能力。

电容器充电和放电速度很快，对快速、大量爆发式的能量更有利用价值，例如照相机闪光和发电厂。它们快速充放电的能力相比于电池的长时间充电来说是一种优势。但是，电容器存在的问题是，它们的储能比电池少。

如何改善电容器的储能呢?在加州圣地亚哥雅各布大学的机械工程教授Prabhakar Bandaru的实验室，研究人员提出了一个方法，即在试验中引入更多的电荷到以石墨烯为模型材料的电容器电极。其原理是：电荷增加导致电容增加，从而转化为能量存储增加。

怎样利用缺陷?

一个完美的碳纳米管结构是没有缺陷的，但在实际情况下碳纳米管外壁上没有碳原子缺失、没有空洞这类的缺陷几乎是不可能的。Bandaru实验室的研究人员想出一个切实可行的方法去利用缺陷，而不是去规避缺陷。

Bandaru说：“电荷缺陷可能对能量储存有利——这项认识激发了我。”

该团队使用了一种基于氩离子的等离子体处理方法，其中石墨烯样品与带正电的氩离子相撞击。在这个过程中，碳原子被撞击脱离了石墨烯层，留下含有正电荷的空穴——这些就是电荷缺陷。经过氩等离子体处理的石墨烯样品，其材料的电容增加了三倍。

石墨烯中“之”字形曲折缺陷和“扶手椅”形缺陷

“我们可以通过引入电荷缺陷来增大电容，并且可以控制在材料中引入何种电荷缺陷，这是令人兴奋的。” Bandaru教授研究小组的研究生、同时也是这项研究的第一作者Rajaram Narayanan讲到。

该团队利用拉曼光谱和电化学测量来表征氩等离子体引入到石墨烯晶格后的缺陷类型。研究结果表明，形成的扩展缺陷包括“扶手椅”和“之”字形缺陷，这是基于缺失碳原子的形状而命名的。

此外，电化学研究帮助该团队发现测量电荷之间距离的新尺度。Bandaru表示：“此新尺度为我们究竟能够做到多小的电子设备提供了基准，这对电子应用十足重要。”