在材料科學的浩瀚宇宙中，一項關于塑料的革命性發(fā)現(xiàn)于20世紀70年代悄然綻放。科學家們意外地揭開了某些塑料的導電面紗，這一轉折不僅重塑了材料科學的版圖，更為電子設備及能源存儲領域帶來了前所未有的機遇。
聚（3,4-乙烯二氧噻吩），簡稱PEDOT，作為導電塑料的佼佼者，以其柔韌透明之姿，廣泛應用于攝影膠片保護、電子元件防靜電干擾，乃至觸摸屏、有機太陽能電池及智能窗戶等前沿科技。然而，商業(yè)化的PEDOT受限于導電性能與表面積，其能源存儲潛能長期處于待開發(fā)狀態(tài)。
加州大學洛杉磯分校（UCLA）的化學家們，以創(chuàng)新精神為筆，繪制出PEDOT材料的新篇章。他們通過一種開創(chuàng)性的方法，精準調控PEDOT形態(tài)，使之生長出納米纖維結構，這一變革不僅極大提升了導電性能，更顯著增加了材料表面積，為PEDOT的能源存儲能力插上了翅膀。這一研究成果在《先進功能材料》期刊上閃耀登場。
超級電容器，這一與電池截然不同的儲能裝置，憑借其快速充放電的特性，在混合動力汽車、電動汽車動能回收系統(tǒng)及相機閃光燈等領域大放異彩。然而，如何制造高表面積材料以存儲更多能量，一直是超級電容器面臨的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的PEDOT材料，在此方面表現(xiàn)平平。
UCLA研究團隊獨辟蹊徑，采用氣相生長工藝，成功培育出垂直排列的PEDOT納米纖維，宛如茂密草叢，極大擴展了材料表面積，為能量存儲開辟了新天地。他們先在石墨片上滴加含有氧化石墨烯納米片和三氯化鐵的液體，隨后將其置于PEDOT前體分子蒸汽中，見證了聚合物從薄而平的薄膜向厚實絨毛狀結構的華麗蛻變。
“這種垂直生長的PEDOT材料，讓我們得以打造出存儲能量遠超傳統(tǒng)的電極?！盪CLA材料科學家Maher El-Kady解釋道，“電荷存儲在材料表面，而傳統(tǒng)PEDOT薄膜表面積有限，無法承載大量電荷。我們通過增大表面積，顯著提升了PEDOT的容量，為超級電容器的制造提供了可能?！?/p>
實驗數(shù)據(jù)令人振奮，新型PEDOT材料在導電性與電化學活性表面積上均展現(xiàn)出卓越性能，遠超預期。其導電性是商業(yè)化PEDOT的百倍，電化學活性表面積更是傳統(tǒng)材料的四倍。表面積的激增，意味著在相同體積內可存儲更多能量，超級電容器的性能因此得到顯著提升。
更令人矚目的是，這種納米纖維層在石墨烯片上展現(xiàn)出前所未有的電荷存儲容量，每平方厘米超過4600毫法拉，幾乎是傳統(tǒng)PEDOT的十倍。同時，其耐久性也極為出色，能夠承受超過7萬次充放電循環(huán)，遠超傳統(tǒng)材料。這一突破為開發(fā)更快、更高效、更耐用的超級電容器鋪平了道路，對可再生能源行業(yè)具有深遠影響。
“我們的電極展現(xiàn)出的卓越性能和耐久性，預示著石墨烯PEDOT在超級電容器中的巨大應用潛力，有助于滿足社會對能源的需求?！盪CLA化學與材料科學與工程杰出教授Richard Kaner表示。Kaner教授的研究團隊在導電聚合物領域深耕三十余載，其導師Alan MacDiarmid和Alan Heeger因發(fā)現(xiàn)導電塑料而榮獲諾貝爾獎。
