印度科学研究所 (IISc) 仪器与应用物理系 (IAP) 的研究人员和合作者设计了一种新型超级电容器，可以通过光照充电。这种超级电容器可用于各种设备，包括路灯和传感器等自供电电子设备。

电容器是静电装置，将能量以电荷的形式存储在两个称为电极的金属板上。IAP 教授、该研究的通讯作者 Abha Misra 解释说，超级电容器是电容器的升级版，它们利用电化学现象来存储更多能量发表在材料化学学报A。

新型电极超级电容器是由氧化锌(ZnO) 纳米棒直接生长在透明的掺氟氧化锡 (FTO) 上。它是由 IISc Misra 小组的第一作者、CV 拉曼博士后研究员 Pankaj Singh Chauhan 合成的。

ZnO 和 FTO 都是具有适当排列的半导体能量水平，实现光充电超级电容器的卓越性能。FTO 是透明的，允许光线照射到光学活性氧化锌纳米棒上，为超级电容器充电。Chauhan 解释说，两种电解质（液体和半固体凝胶）被用作电极之间的导电介质。

存储电荷的能力（电容）与电极之间的距离成反比。

“当距离变得非常小时，电容就会急剧上升，”米斯拉解释道。在静电电容器中，保持电极之间的小距离是很困难的。然而，在超级电容器中，电极的电荷吸引电解质中带相反电荷的离子，从而形成彼此仅原子距离的电荷层，称为双电层或 EDL。这导致超级电容器具有高电容。

当研究人员用紫外线（UV）光照射超级电容器时，他们注意到电容大幅增加，比之前报道的超级电容器高出几倍。他们还注意到两个不寻常的特性。首先，虽然电容通常会随着电压的增加而减小，但他们发现了相反的情况——超级电容器在光照射下的电容实际上随着电压的增加而增加。

“我们称之为颈缩行为，”A.M. 说。Rao，美国克莱姆森大学教授，合著者。他解释说，这可能是由于电极的高孔隙率造成的。其次，当充电速度更快时，超级电容器中存储的能量通常会减少，因为电解质中的离子移动得不够快，无法响应充电速率的增加。然而，使用液体电解质时，研究小组发现，在紫外线下快速充电时，超级电容器中存储的能量惊人地增加。

Rao 团队的博士后研究员 Mihir Parekh 开发了理论模型来解释这些新颖的观察结果。他表示，这些发现为同时开发快速充电和高能量密度超级电容器打开了大门。

为了设计目前的超级电容器，该团队探索了两个关键想法。首先，通过以最大化与光相互作用的方式组合两个光学活性半导体界面来增加电极的表面积，从而产生更高的电荷。其次，使用液体电解质来确保有效的 EDL。这些共同带来了卓越的性能。

“这些想法很简单……但是当它们结合在一起时，效果非常好，”米斯拉解释道。她补充说，调整超级电容器的设计也可以使其通过可见光和红外光充电。IISc-克莱姆森团队的目标是进一步探索和更好地理解观察到的新现象，以设计更好的超级电容器。

“超级电容器有很多应用，”米斯拉解释道。例如，它们有可能取代路灯中使用的太阳能电池。它们具有高功率密度，因此可以比电池更快地释放电荷。它们还可用于为芯片供电电子设备就像手机一样。

米斯拉补充道：“我们已将超级电容器小型化至微米级，以便它们可以与这些微电子芯片集成在一起。”