新型超級電容器材料的能量密度比傳統(tǒng)材料高2.7倍

由日本東北大學領導的一個研究小組開發(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》雜志上。

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

長期以來，科學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(Tohoku University)材料科學家、論文作者之一西原博之(Hirotomo Nishihara)表示。

西原和他的同事與超級電容器生產公司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，但它們受到構成電容器的單細胞的低電壓的限制。這意味著大量的電池必須堆疊在一起以達到所需的電壓。至關重要的是，這種新材料具有更高的單細胞電壓，減少了堆積次數，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。這種材料的一個關鍵特點是它是無縫的�C�C它含有非常少的碳邊緣，這是腐蝕反應產生的地方，這使得它非常穩(wěn)定。

研究人員利用電子顯微鏡和包括x射線衍射和振動光譜技術在內的一系列物理測試，研究了這種新材料的物理性質。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。

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動車在內的許多應用領域。