由日本東北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組為超級(jí)電容器開發(fā)了新材料，其電壓更高，穩(wěn)定性高于其他材料。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(jí)電容器是可充電的能量存儲(chǔ)設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用，從機(jī)械到智能電表。它們提供了許多優(yōu)于電池的優(yōu)點(diǎn)，包括更快的充電和更長的壽命，但它們?cè)趦?chǔ)存大量能量方面并不擅長。

科學(xué)家長期以來一直在尋找能夠滿足汽車等能源密集型應(yīng)用要求的超級(jí)電容器用高性能材料。“尋找既能在高壓下工作又能在惡劣條件下保持穩(wěn)定的材料非常具有挑戰(zhàn)性，”東北大學(xué)材料科學(xué)家，該論文的共同作者Hirotomo Nishihara說。

Nishihara和他的同事與超級(jí)電容器生產(chǎn)公司TOC Capacitor 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。

通常，活性炭用于電容器中的電極，但是這些電極受到單個(gè)電池中的低電壓的限制，單個(gè)電池是構(gòu)成電容器的構(gòu)件。這意味著必須將大量電池堆疊在一起以獲得所需的電壓。至關(guān)重要的是，新材料具有更高的單電池電壓，減少了堆疊數(shù)量，使設(shè)備更緊湊。

新材料是由石墨烯mesosponge的連續(xù)三維框架制成的片材，石墨烯mesosponge是一種含有納米級(jí)孔隙的碳基材料。這種材料的一個(gè)關(guān)鍵特征是它是無縫的 - 它含有極少量的碳邊緣，腐蝕反應(yīng)源自的部位，這使它非常穩(wěn)定。

研究人員使用電子顯微鏡和一系列物理測試(包括X射線衍射和振動(dòng)光譜技術(shù))研究了他們新材料的物理特性。他們還測試了商業(yè)石墨烯材料，包括單壁碳納米管，還原氧化石墨烯和3D石墨烯，使用活性炭作為比較基準(zhǔn)。

他們表明，該材料在常規(guī)有機(jī)電解質(zhì)中在60℃的高溫和3.5伏的高電壓下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。值得注意的是，它在25°C和4.4伏特下表現(xiàn)出超高的穩(wěn)定性 - 比傳統(tǒng)的活性炭和其他石墨烯基材料高2.7倍。“這是對(duì)稱超級(jí)電容器中碳材料電壓穩(wěn)定性的世界紀(jì)錄，”西原說。

這種新材料為高耐用，高壓超級(jí)電容器的開發(fā)鋪平了道路，可用于許多應(yīng)用，包括機(jī)動(dòng)車輛。