由日本東北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組開發(fā)出了一種比其他材料具有更高的電壓和更好的穩(wěn)定性的新型超級電容器材料。他們的研究最近發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。

超級電容器是一種可充電的儲(chǔ)能設(shè)備，有著廣泛的應(yīng)用范圍，從機(jī)械到智能電表。與電池相比，它們有很多優(yōu)點(diǎn)，包括充電速度更快，使用壽命更長，但它們不太擅長儲(chǔ)存大量能量。

長期以來，科學(xué)家們一直在尋找高性能的超級電容器材料，以滿足汽車等能源密集型應(yīng)用的要求。“找到既能在高壓下工作，又能在惡劣條件下保持穩(wěn)定的材料是非常具有挑戰(zhàn)性的，”日本東北大學(xué)(TohokuUniversity)材料科學(xué)家、論文作者之一西原博之(HirotomoNishihara)表示。

西原和他的同事與超級電容器生產(chǎn)公司TOC電容Co.合作開發(fā)了一種在高壓和高溫條件下具有極高穩(wěn)定性的新材料。

傳統(tǒng)上，活性炭用于電容器的電極，但它們受到構(gòu)成電容器的單細(xì)胞的低電壓的限制。這意味著大量的電池必須堆疊在一起以達(dá)到所需的電壓。至關(guān)重要的是，這種新材料具有更高的單細(xì)胞電壓，減少了堆積次數(shù)，使器件更加緊湊。

這種新材料是由石墨烯中海綿(一種含納米孔的碳基材料)的連續(xù)三維框架制成的薄片。這種材料的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是它是無縫的——它含有非常少的碳邊緣，這是腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的地方，這使得它非常穩(wěn)定。

研究人員利用電子顯微鏡和包括x射線衍射和振動(dòng)光譜技術(shù)在內(nèi)的一系列物理測試，研究了這種新材料的物理性質(zhì)。他們還測試了商業(yè)石墨烯基材料，包括單壁碳納米管、還原石墨烯氧化物和3D石墨烯，使用活性炭作為比較基準(zhǔn)。

他們表明，材料有良好的高溫穩(wěn)定性高60°C和3.5伏特的電壓在傳統(tǒng)有機(jī)電解液。顯著，這表明超高穩(wěn)定性25°C和4.4伏特，2.7倍常規(guī)激活碳和其他石墨烯材料。“這是對稱超級電容器中碳材料電壓穩(wěn)定性的世界紀(jì)錄，”西原說。

這種新材料為開發(fā)高耐久性的高壓超級電容器鋪平了道路，這種電容器可用于包括機(jī)動(dòng)車在內(nèi)的許多應(yīng)用領(lǐng)域。