印度科學研究所 (IISc) 儀器與應用物理系 (IAP) 的研究人員和合作者設計了一種新型超級電容器，可透過光線充電。這種超級電容器可用於各種設備，包括路燈和感測器等自供電電子設備。

電容器是靜電裝置，將能量以電荷的形式儲存在兩個稱為電極的金屬板上。IAP 教授、該研究的通訊作者 Abha Misra 解釋說，超級電容器是電容器的升級版，它們利用電化學現象來儲存更多能量發表在材料化學學報A。

新型電極超級電容器是由氧化鋅(ZnO) 奈米棒直接生長在透明的摻氟氧化錫 (FTO) 上。它是由 IISc Misra 小組的第一作者、CV 拉曼博士後研究員 Pankaj Singh Chauhan 合成的。

ZnO 和 FTO 都是具有適當排列的半導體能量水平，實現光充電超級電容器的卓越性能。FTO 是透明的，允許光線照射到光學活性氧化鋅奈米棒上，為超級電容器充電。Chauhan 解釋說，兩種電解質（液體和半固體凝膠）被用作電極之間的導電介質。

儲存電荷的能力（電容）與電極之間的距離成反比。

「當距離變得非常小時，電容就會急劇上升，」米斯拉解釋道。在靜電電容器中，要保持電極之間的小距離是很困難的。然而，在超級電容器中，電極的電荷吸引電解質中帶相反電荷的離子，從而形成彼此僅原子距離的電荷層，稱為雙電層或 EDL。這導致超級電容器具有高電容。

當研究人員用紫外線（UV）光照射超級電容器時，他們注意到電容大幅增加，比先前通報的超級電容器高出數倍。他們還注意到兩個不尋常的特性。首先，雖然電容通常會隨著電壓的增加而減小，但他們發現了相反的情況——超級電容器在光照射下的電容實際上隨著電壓的增加而增加。

「我們稱之為頸縮行為，」A.M. 說。Rao，美國克萊姆森大學教授，合著者。他解釋說，這可能是由於電極的高孔隙率造成的。其次，當充電速度更快時，超級電容器中儲存的能量通常會減少，因為電解質中的離子移動得不夠快，無法響應充電速率的增加。然而，使用液體電解質時，研究團隊發現，在紫外線下快速充電時，超級電容器中儲存的能量驚人地增加。

Rao 團隊的博士後研究員 Mihir Parekh 開發了理論模型來解釋這些新穎的觀察結果。他表示，這些發現為同時開發快速充電和高能量密度超級電容器打開了大門。

為了設計目前的超級電容器，團隊探索了兩個關鍵想法。首先，透過以最大化與光相互作用的方式組合兩個光學活性半導體界面來增加電極的表面積，從而產生更高的電荷。其次，使用液體電解質來確保有效的 EDL。這些共同帶來了卓越的性能。

「這些想法很簡單……但是當它們結合在一起時，效果非常好，」米斯拉解釋道。她補充說，調整超級電容器的設計也可以使其透過可見光和紅外線充電。IISc-克萊姆森團隊的目標是進一步探索並更好地理解觀察到的新現象，以設計更好的超級電容器。

「超級電容器有很多應用，」米斯拉解釋道。例如，它們有可能取代路燈中使用的太陽能電池。它們具有高功率密度，因此可以比電池更快地釋放電荷。它們也可用於為晶片供電電子設備就像手機一樣。

米斯拉補充道：“我們已將超級電容器小型化至微米級，以便它們可以與這些微電子晶片整合在一起。”