一种新方法生产的PEDOT纳米纤维具有增强的导电性和增加的表面积，以改善电荷存储。

加州大学洛杉矶分校的化学家开发了一种新的纹理、毛皮状的PEDOT（聚合物），这是一种导电塑料，通常用于保护电子设备免受静电影响，也用于太阳能电池和电致变色显示器等设备。这种创新形式显著增加了材料的表面积，使其能够存储比标准PEDOT多近十倍的电荷。当用于超级电容器时，它还可以承受近100000次充电循环。随着世界转向可再生和可持续能源，这一突破可能有助于超级电容器在能源存储中发挥更大的作用。

塑料塑造了我们的现代世界，改变了我们的生活方式。几十年来，它们主要用于电子产品，因为它们具有优异的绝缘性能。然而，在20世纪70年代，科学家偶然发现一些塑料也可以导电。这一突破彻底改变了该领域，为电子和能源存储的新应用铺平了道路。

目前使用最广泛的导电塑料之一是聚（3,4-乙烯二氧噻吩），俗称PEDOT。这种材料形成一种灵活的透明薄膜，通常应用于诸如照相胶片和电子元件等表面，以防止静电积聚。PEDOT还用于触摸屏、有机太阳能电池和电致变色设备，比如按一下按钮就能改变透明度的智能窗户。

尽管PEDOT有许多应用，但它在能源存储方面的应用仍然有限。商业形式的PEDOT通常具有低导电性和有限的表面积，这限制了它们存储大量能量的能力。

加州大学洛杉矶分校的化学家们正在用一种创新的方法来解决这些挑战，以控制PEDOT的形态，从而精确地生长纳米纤维。这些纳米纤维具有优异的导电性和扩大的表面积，这两者对于增强PEDOT的储能能力至关重要。发表在《先进功能材料》杂志上的一篇论文描述了这种方法，证明了PEDOT纳米纤维在超级电容器中的应用潜力。

超级电容器 VS 电池

与通过缓慢的化学反应储存能量的电池不同，超级电容器通过在其表面积累电荷来储存和释放能量。这使得它们能够非常快速地充电和放电，使其成为需要快速爆发电力的应用的理想选择，例如混合动力和电动汽车的再生制动系统以及相机闪光灯。因此，更好的超级电容器是减少对化石燃料依赖的一条途径。

然而，超级电容器面临的挑战是创造出具有足够表面积来容纳大量能量的材料。传统的PEDOT材料在这方面不足，这限制了它们的性能。

加州大学洛杉矶分校的化学家们通过一种独特的气相生长工艺生产出了垂直PEDOT纳米纤维。这些纳米纤维，就像向上生长的浓密的草，极大地增加了材料的表面积，使其能够储存更多的能量。通过在石墨薄片上加入一滴含有氧化石墨烯纳米片和氯化铁的液体，研究人员将样品暴露在前体分子的蒸气中，最终形成PEDOT聚合物。这种聚合物不是发展成一层非常薄的扁平薄膜，而是发展成一种厚的皮毛状结构，与传统的PEDOT材料相比，它的表面积大大增加。

卓越的储能能力

通讯作者、加州大学洛杉矶分校材料科学家Maher El-Kady说：“这种材料独特的垂直生长使我们能够制造出比传统PEDOT存储更多能量的PEDOT电极。”“电荷存储在材料的表面，传统的PEDOT薄膜没有足够的表面积来容纳太多的电荷。我们增加了PEDOT的表面积，从而增加了它的容量，足以建造一个超级电容器。”

作者使用这些PEDOT结构制造了具有优异电荷存储能力和非凡循环稳定性的超级电容器，循环次数接近10万次。这一进展可以为更高效的能源存储系统铺平道路，直接解决可再生能源和可持续性方面的全球挑战。

El-Kady说：“聚合物本质上是由称为单体的较短块组成的长链分子。”“把它想象成一条由单个珠子串在一起制成的项链。我们在一个腔室里加热单体的液态。当蒸汽上升时，当它们接触到石墨烯纳米片的表面时会发生化学反应。这个反应使单体结合并形成垂直的纳米纤维。这些纳米纤维具有更高的表面积，这意味着它们可以储存更多的能量。”

破纪录的结果和持久性

新的PEDOT材料显示出令人印象深刻的结果，在几个关键领域超出预期。它的导电性比商用PEDOT产品高100倍，使其在电荷存储方面效率更高。更值得注意的是，这些PEDOT纳米纤维的电化学活性表面积是传统PEDOT的四倍。增加的表面积至关重要，因为它允许在相同体积的材料中存储更多的能量，从而显著提高超级电容器的性能。

由于新工艺在石墨烯片上生长了一层厚厚的纳米纤维，这种材料现在具有PEDOT迄今为止报道的最高电荷存储容量之一 —— 每平方厘米超过4600毫拉法，比传统的PEDOT高出近一个数量级。最重要的是，这种材料非常耐用，可以持续7万多次充电，远远超过传统材料。这些进步为超级电容器打开了大门，这些超级电容器不仅更快、更高效，而且更持久，这是可再生能源行业的基本品质。

“我们电极的卓越性能和耐用性表明，石墨烯PEDOT在超级电容器中的应用具有巨大的潜力，可以帮助我们的社会满足我们的能源需求，”通讯作者、加州大学洛杉矶分校化学和材料科学与工程杰出教授Richard Kaner说，他的研究团队37年来一直处于聚合物研究的前沿。作为一名博士生，Kaner为他的顾问Alan MacDiarmid和Alan Heeger发现导电塑料做出了贡献，他们的工作后来获得了诺贝尔奖。

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