科学家们开发出了，可以将石墨烯涂层硅的超级电容器

太阳能电池每周7天，每天24小时发电，而不仅仅是在阳光照射下，具有内置电池的移动电话可在几秒钟内充电，并可在两次充电之间工作数周，它是第一个由硅制成的超级电容器，因此它可以与其供电的微电子电路一起构建到硅芯片中。

实际上，应该可以用当前一代太阳能电池，传感器，移动电话和各种其他机电设备中存在的过量硅来构造这些电池，从而节省可观的成本，负责开发的机械工程助理教授CaryPint说“如果你问专家用硅制造超级电容器，他们会告诉你这是一个疯狂的想法，但我们找到了一种简单的方法，”而不是像电池那样在化学反应中存储能量，“超级电容”通过在多孔材料的表面上组装离子来存储电力，结果，它们倾向于在几分钟而不是几小时内充电和放电，并且运行几百万次循环，而不是像电池那样的几千次循环。

这些特性使得由活性炭制成的商用超级电容器能够占领一些利基市场，例如将再生制动系统捕获的能量存储在公共汽车和电动车辆上，并提供调整叶片所需的动力脉冲，巨型风力涡轮机改变风力条件，超级电容器仍落后于锂离子电池的电能存储能力，因此它们太大而无法为大多数消费类设备供电，然而，他们一直在迅速赶上，提高超级电容器能量密度的研究主要集中在石墨烯和纳米管等碳基纳米材料上，因为这些装置在其电极表面上存储电荷，所以增加其能量密度的方法是增加电极的表面积，这意味着使表面填充纳米级脊和孔，Pint说“这种方法面临的最大挑战是装配材料，用任何控制水平构建纳米级构建模块中的高性能，功能性设备已经证明是非常具有挑战性的，当它实现时很难重复，”因此，Pint和他的研究团队，研究生LandonOakes，AndrewWestover和博士后研究员ShahanaChatterjee决定采用一种截然不同的方法：使用多孔硅，一种具有可控和明确定义的纳米结构的材料，通过电化学蚀刻表面制成硅晶片。

这使他们能够为超级电容器电极创建具有最佳纳米结构的表面，但这给他们留下了一个重大问题，硅通常被认为不适合用于超级电容器，因为它容易与电解质中的一些化学物质反应，这些化学物质提供存储电荷的离子，凭借增长碳纳米结构的经验，Pint集团决定尝试用碳涂覆多孔硅表面，品普说“我们不知道会发生什么，通常，研究人员在温度超过1400摄氏度的情况下从碳化硅材料中生长石墨烯，但是在较低的温度，，600到700摄氏度，我们当然没想到石墨烯材料的生长，”当研究人员将多孔硅从炉中取出时，他们发现它已经从橙色转变为紫色或黑色，当他们在强大的扫描电子显微镜下检查它时，他们发现它看起来几乎与原始材料相同，但它被一层几纳米厚的石墨烯涂层，当研究人员测试涂层材料时，他们发现它已经化学稳定了硅表面，当他们用它来制造超级电容器时，他们发现石墨烯涂层与未涂层多孔硅相比，能量密度提高了两个数量级，明显优于商用超级电容器。

石墨烯层用作原子级薄的保护涂层，Pint和他的团队认为这种方法不仅限于石墨烯，他说“在设计多孔材料时，使用原子薄层材料设计表面的能力与控制相结合，为能量存储之外的许多不同应用开辟了机会，”Pint说“尽管我们实现了出色的设备性能，但我们的目标并不是创造具有创纪录性能的设备，这是制定综合储能路线图，硅是一种理想的材料，因为它是我们现代技术和应用的基础，此外，现有器件中的大多数硅仍未使用，因为生产薄硅晶片非常昂贵且浪费，”Pint的团队目前正在使用这种方法来开发能量存储，该能量存储可以在多余的材料中或在太阳能电池和传感器的未使用的背面上形成，超级电容器将存储电池在中午产生的过剩电量，并在需求在下午达到峰值时释放，Pint说“在现代环境中定义我们的所有东西都需要电力，我们可以将电力存储整合到现有材料和设备中，它们将变得越来越紧凑和高效。”