石墨烯用於超級電容行動電源_能源 (#32*) *進行中

2015-6-17

很多人驚訝我能在這麼短的時間內完成這麼多的研究，即便是資金短絀也是央請朋友幫忙先繼續進行，我總覺得欠大家一份情。昨晚跟某位群友說明志陽科技建置石墨烯平台的概念，他很感慨中國進行科研的短視現象，我們倒希望先從自己做起，不為專利及論文做些「偽科學」，盡量以實現有用的研發成果才能對人類社會有所貢獻。這次提前要做超級電容是被 Zap & Go 逼上梁山的，明明還在概念階段就說今年要上市，明知是個幌子，身為中國人怎麼讓他們取得先機。

這篇談到能源類應用技術的超級電容行動電源。據 Zap & Go 在 Indiegogo 網站上集資的行動電源，雖然只有 1,500 mAh 的容量，但因為採用石墨烯為製作原料，因此只要短短五分鐘就能把行動電源充飽，然後能再次使用。請注意，是這個行動電源充電時間，不是把放電到你的手機五分鐘。搞笑，傳統鋰電池行動電源不行，那隻好用超級電容了。但弔詭的是傳統行動電容也比這個充電時間短，所以可以看出來是在操作「石墨烯」概念而已。但我還是要感謝他們，一則他們引起全球對石墨烯的目光，一則加速了我們提前布局石墨烯超級電容的腳步。

事實上，石墨烯微片應用於超級電容的效果比石墨微片還要差，原因在石墨烯邊緣的附著力大於石墨烯表面，表面的大p 鍵是飽和的，不利於吸附。但改性石墨烯透過將連接石墨烯上碳原子的連續單體製造缺陷，使缺陷處出現不飽和吸附力大增，再者，加大石墨烯片的間距，有利於電解液浸潤。

以 1500 mAh充電 5分鐘、輸出 2.5V、0.1A來計算，依公式 I*rt／rV，所以C = 12法拉 (外面動輒 5000法拉產品用在公交車上面)，難度不高。我們內部討論一舉提高到2500 mAh，這樣誠意總夠了吧。過去台灣曾以石墨烯與 SCNT復材製備超級電容電極，搭配有機電解液獲得 201 F/g比電容量，能量／功率密度分別為 62.8／58.5 KW／kg﹔若進一步搭配具有高分解電壓的離子溶液 (4V)，比電容量增加到 280 F/g，能量／功率密度達到 155.6／263.2 KW／kg。我目前就是與該課題組合作開發的。初步訂定規格為﹕

行動電源 (5v／2500 mAh)以有機系鋰離子超級電容技術機會較大。

1).操作電壓﹕1.5~5 V

2).比電容量﹕100 F/g

3).電極片能量密度﹕42.5 Wh/Kg

4).電極片功率密度﹕5 KW/Kg

5).循環壽命﹕1000 cycles，97.6%

我們也評估會遇到這幾個問題，包括﹕

1).超級電容電壓會隨放電而下降，假設應用於行動電源上，而不外加變壓系統，實際可充電的電壓範圍為 (3.8~5 V)。

2).添加變壓系統，則要考慮轉換效率問題。

3).串聯情況下，Ctotal = Cell／電容數量，因此在 5V的情況下，還要將整體電量乘 5倍，方能符合實際可放電量。

4).串聯情況通常降低額定電壓，以便降低電壓不平衡對系統壽命的影響 (EX: 額定電壓*0.95)。

這點還是需要先試才能去解決它。

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