超级电容器是一种可充电的储能装置,被广泛应用在机械装置、智能仪表等方面。与传统电池相比,超级电容具有许多优点:充电快、寿命长等,但其能量存储率有限。
长期以来,科学家们一直在为可满足能源密集型应用(例如汽车)需求的超级电容寻找高性能材料。
日本东北大学材料科学家、相关论文合著者之一的HirotomoNishihara说:“找到既能在高电压下又能在严苛环境下运行的材料,非常具有挑战性。”
Nishihara及其同事们与超级电容制造公司(TOCCapacitorCo.)合作开发出一种新材料,它在高温、高电压条件下具备超高稳定性。
传统上,活性炭被用于电容器中的电极,但单电池(构成电容器的积木)中电池单体电压低,必须将多个电池串联才能保证足够输出电压。至关重要的是,这种新材料具有更高的单电池电压,减少了堆叠数量,使设备更加紧凑。
图丨GMS薄片以及连接两个LED的超级电容(来源:HirotomoNishihara)
新材料是由一个连续的石墨烯介孔海绵(含有纳米孔的碳基材料)三维框架组成。这种材料的关键特征是无缝的:它含有非常少量的碳边缘缺陷(腐蚀反应产生的地方),这使得它变得非常稳定。
研究人员利用电子显微镜和一系列的物理测试,包括X射线衍射和振动光谱技术,研究了新材料的物理性质。他们还将活性炭作为基准测试并比较了商用石墨烯材料,包括单壁碳纳米管、还原石墨烯氧化物和3D石墨烯。
这种新材料为开发高度耐用、高电压的超级电容器铺平了道路,这些超级电容器可用于许多应用,包括汽车,小编觉得或许可以打开未来电池的新纪元。