Three-plate graphene capacitor for high-density electric energy storage

石墨拥有独特的物理特性组合，包括高载流子迁移率和可承受的高电流密度。与 Bulk 金属不同，石墨不完全屏蔽外部静电场。本文考虑利用这些特性构建高密度电能存储器件的可能性。我们考虑一个三板平行板电容，其中中间板由石墨制成并带负电荷。中间板上电子受到的静电吸引力被补偿，因为两侧电场未被屏蔽。这会使系统处于不稳定的平衡状态。为使系统稳定，我们考虑类似 Kapitza 摆的快速振荡。通过中间石墨平面流经交流电流会产生磁场，进而产生洛伦兹力将移动电子压缩至中间平面的中心。我们展示了交流电流对电子运动影响的数值建模结果。根据估算，交流电流产生的准势可达室温下的60 eV。这种准势的大值源于石墨的高迁移率和大电流密度。在边缘板和中间板之间产生的电场强度可能超过常规双板平行板电容的击穿值，从而增加电能存储。石墨电容的击穿受限于侧板的机械强度。可能通过提高电荷密度来提高体积电能密度，超过汽油的34 MJ/L。我们还描述了验证这一想法的可能实验。