石墨烯片中,只有幾個原子厚、并且排列成一條線的碳納米管自組裝成運行纖維長度的多孔互聯網絡。如此安排提供了大量可接觸的表面積,每克混雜纖維達396平方米,用于電荷的運輸和儲存。而這些材料被緊緊地包含在毛細管柱里,以便可將其抽取出來,形成高體積能量密度。這種使用多個毛細管柱的過程,可使制造出的纖維連續不斷,并保持一貫的品質。
日前有報道稱,研究人員已經開發出一種連續生產這種彈性纖維的方式,使其能夠擴大生產以滿足各種應用。到目前為止,已經制作出50米長的纖維,具有靈活性,每立方厘米具有300法拉的高容量。
在測試中,研究人員發現三對串聯排列的纖維具有三倍的電壓,同時可保持相同的充電/放電時間。與相同電流密度操作的單纖維相比,三對平行的纖維是在輸出電流和充電/放電時間方面具有三倍的效力。當把它們在兩個電極之間集成多個成對的纖維,其存儲電能的能力即電容,可根據所使用纖維的數量呈線性增加。
使用聚乙烯醇/磷酸凝膠作為電解質,固態微型超級電容器由一對光纖制造可提供每立方毫米6.3微瓦小時的體積密度,可與4伏特500微安小時的薄膜鋰電池媲美。纖維超級電容器表現出超高能量密度值,同時保持了高功率密度和循環穩定性。
研究人員說:“我們測試了這種光纖設備上萬次的充電/放電周期,其保留了原有的性能約93%,而傳統的充電電池壽命小于千次周期。”
該小組還測試了這個設備的柔性能量存儲,對其不斷進行恒定的機械應力,最后對其性能的評價是:纖維超級電容器可持續無性能損失地工作,甚至在彎曲數百次之后,它們仍能保持靈活性,并在結構上長度保持一致。
目前,研究人員正在降低成本以大批量生產這種纖維,旨在促使這種高性能的微型超級電容器商業化。