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美國與中國研究人員研發出一種類石墨烯結構(graphene analogue)的材料，稱為磷釩酸(vanadyl phosphate, VOPO4)。這種2D奈米片(nanosheet)可與石墨烯結合，用來製作新型的電化學電極，以應用於高效能的可撓式超薄固態偽電容器(pseudocapacitor)。
偽電容器是一種特別的電化學電容器，其工作原理基於電活性(electroactive)材料表面的快速可逆氧化還原反應。上述由美國德州大學奧斯汀(Austin)分校與中國科學技術大學研究人員所共同打造的電容器原型使用VOPO4/石墨烯混合電極，電容值高達8.4 mF/cm2，元件的能量和功率密度分別為1.7 mWh/cm2 和5.2 mW/cm2。團隊主持人Guihua Yu表示，這些數據皆為目前該類元件的最高紀錄。
2D奈米材料非常適合用來製作可撓式極薄超級電容器(supercapacitor)。該團隊所開發的α1-VOPO4奈米片厚度不到6個原子，在水溶液中的電化學工作窗口(electrochemical working window)約為1.0 V。他們先把VOPO4塊材溶於異丙醇溶劑中，接著利用超音波震洗15分鐘以形成超薄VOPO4奈米片。過濾之後，這些奈米片便能輕易地轉移至多種基板上
此可撓式超薄偽電容器以鍍金彈性聚合物PET作為基板，使用VOPO4/石墨烯混合材料作為工作電極。實驗數據顯示，此電容器定電容值達8.4 mF/cm2，氧化還原電壓為1 V，循環壽命則超過2000次。除此之外，極具彈性的電極能承受數百回折疊彎曲測試而不至於明顯影響效能。這些特性造就了此超薄可撓偽電容器，非常適合可攜式電子產品所需的高效輕巧儲能裝置，或在可撓伸展性電子裝置中作為整合電源。
該研究團隊目前正積極開發其他具備偽電容器特性的2D材料，並試圖瞭解其儲能性質。詳見 Nature Communications｜doi:10.1038/ncomms3431。 |