与现有半导体材料相比,金刚石具有三大主要优势:热管理、成本/效率优化和二氧化碳减排。金刚石是很好的散热材料,凭借更少的耗散损耗、更好的散热能力和在高温下运行的能力,由金刚石有源器件制成的转换器比基于 Si 的解决方案轻 5 倍,比基于 SiC 的解决方案轻 3 倍。同时,金刚石无源元件解决方案,可以用来保护二极管和晶体管等基于 SiC 和 GaN 的有源元件时出现的情况,因为有源器件承受的电压峰值高于其承受能力 (>1,500 V)。
最近取得研究突破的科学家近藤武表示:“如果能够利用不易燃、无毒且安全的水电解质制成高性能的超级电容器,该超级电容器能够整合至可穿戴设备和其他设备,为物联网带来好处。”
近藤博士与东京理科大学团队探索利用掺硼金刚石作为超级电容器电极的可能性,电极是电池或电容器中的导电材料,它将电解液与外部电线连接,将电流输送出系统。该研究团队选择该电极材料是基于这样一种认识,即掺硼金刚石具有宽电位窗,能够让高储能设备在长时间内保持稳定。近藤博士表示:“如果将导电金刚石用作电极材料,就可以让水基超级电容器产生大电压。”
高性能超级电容器需要使用优质的电容器电极。在各种电容器电极中,金刚石和相关材料已被公认为是最好的电容器电极之一。这是因为它们具有出色的稳定性,大的潜在窗口,丰富的表面化学成分,多样的表面终止作用以及增加其表面积的可能性。
科学家们采用了微波等离子体辅助化学气相沉积(MPCVD)的技术来制造此类电极,并通过测试验证性能。他们发现,在含有水硫酸电解液的双电极系统中,此类电极产生的电压比传统电池的高得多,因此超级电容器的能量和功率密度也会高得多。此外,他们还发现,即使经过上万次的充放电循环后,该电极仍然非常稳定。
在获得成功之后科学家们继续研究,如果将电解液变成饱和高氯酸钠溶液,此种电极材料是否会拥有同样的性能。众所周知,饱和高氯酸钠溶液能够产生比传统硫酸电解液更高的电压。实际上,该装置已经产生了更高的电压。
相信在不久的将来,MPCVD金刚石将成为推动电能存储技术的重要力量。化合积电采用MPCVD法,生长高质量单晶金刚石和多晶金刚石,为各行业提供全球领先的金刚石热管理解决方案,现有晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石和氮化镓异质外延以及高品质单晶,欢迎进行沟通洽谈。