在電極材料研究領域，硅基材料作為一種價格低廉、 安全性能好、 比容量高的鋰離子電池新型負極材料， 一直備受到研究者的關注。近日，科研人員證實，在微小超級電容領域，硅基電極性能首次達到碳基水平。

多年來，能裝在芯片上的微小超級電容一直廣受科學家追捧，決定電容器性能的關鍵是其電極材料，有潛力的“選手”包括石墨烯、碳化鈦和多孔碳等。據德國《光譜》雜志網站近日報道，芬蘭國家技術研究中心(VTT)研究團隊創新性地在多孔硅上圖上一層幾納米厚的氮化鈦涂層，使其性質得以改變，變成強大的電容器。

該團隊負責人麥卡·普倫尼拉解釋說，因化學反應導致的不穩定性和高電阻導致的低功率，不帶涂層的多孔硅本是一種極差的電容器電極材料。涂上氮化鈦的能提供化學惰性和高導電性，帶來了高度穩定性和高功率，且多孔硅有很大的表面積矩陣。

根據荷蘭愛思唯爾出版集團《納米能源》雜志在線發表的論文，新電極裝置經13000次充放電循環而沒有明顯的電容減弱。普倫尼拉說，報告數據受檢測時間的限制，而并非電極真實性能。他們繼續對其進行充放電循環，至今已達到5萬次，甚至在循環中讓電極干燥，也沒有出現物理損壞或電學性能衰減問題。“超級電容要求穩定地達到10萬次循環。目前用多孔硅—氮化鈦(Si-TiN)做電極的電容裝置能完全穩定地通過5萬次測試。”

圖為國內科研人員制備的多孔硅SEM圖片

在功率密度和能量密度方面，新電極裝置比得上目前最先進的超級電容器。目前由氧化石墨烯/還原氧化石墨烯制造的芯片微電容器功率密度為200瓦/立方厘米，能量密度為2毫瓦時/立方厘米，而新電極裝置功率密度達到214瓦/立方厘米，能量密度為1.3毫瓦時/立方厘米。普倫尼拉說，這些數字標志著硅基材料首次達到了碳基和石墨烯基電極方案的標準。

來源：科技日報