超级电容器毫不碳新种

被称为超级电容器储能装置已经成为热门的研究领域，部分因为他们可以快速充电，提供电源的强烈爆发。然而，所有超级电容器目前使用碳，这需要高温和苛刻的化学品生产的组件。

现在，麻省理工学院和其他地方有第一次研制超级电容器在所有使用不导电的碳，那就有可能产生更多的权力比现有版本的这项技术。

团队的发现进行了报道，在自然材料，本文由米尔恰 · Dincă，麻省理工学院副教授的化学;凯克教授的能源; 杨邵角和其他四人。

“我们已经发现一种全新的超级电容器材料的”Dincă 说。

Dincă 和他的团队一直在探索多年一类材料称为金属有机框架或金属-有机骨架，它是极其多孔的海绵状结构。这些材料有特大的表面面积的大小，远远超出碳材料做。这是超级电容器，其性能取决于其表面的面积的本质特征。但 MOFs 有一个主要的缺点，这类申请︰ 他们不是非常具有导电性，这亦是电容器材料的本质属性。

“我们的长期目标之一是使这些材料导电，”Dincă 说，即使做如此”被认为是极其困难的情况下，如果不是不可能”。但这种材料并表现出这种电极，另一种所需的特性是它很好进行离子 （带净电荷的分子或原子）。

“所有的双电层电容器今天由碳构成，”Dincă 说。”他们用碳纳米管、 石墨烯、 活性炭、 所有的形状和形式，但没有别的除了碳。所以这是第一次非碳、 电气双电层电容器。

在这些实验中，使用的材料的一个优点技术上被称为 Ni3 (hexaiminotriphenylene) 2，是它可比那些需要为碳基材料，需要非常高的温度高于摄氏 800 度和较强的试剂预处理的少得多的恶劣条件下。

研究小组说，超级电容器，其能够存储相对大量的电力，可以发挥重要作用使可再生能源实际广泛部署。他们可以提供能帮助匹配使用时间与时俱进的一代，例如，或在电动汽车和其他应用程序中使用的网格规模存储。

由团队，甚至没有任何优化他们的特点，产生的新设备已经匹配或超过现有的基于碳的版本，在一些关键的参数，例如他们能够承受很大数量的充电/放电周期的性能。试验表明，他们失去了不到 10%的他们的表现后 10000 次，相当于现有商业超级电容器。

但这很可能是只是个开始，Dincă 说。金属-有机骨架是一大类的材料，其特点可以很大程度上调整，通过改变其化学结构。关于优化其分子的配置，以提供最可取的属性为此特定的应用程序的工作是容易导致可以超越任何现有的材料的变化。”我们有一种新的材料工作，和我们没有优化它，”他说。”它是完全可调谐，而这是令人兴奋。

虽然在金属-有机骨架上很多的研究，大部分被针对利用材料的记录的孔隙度，如为气体存储的用途。”我们实验室发现的高导电金属-有机骨架开辟了一类全新的应用程序，”Dincă 说。除了新的超级电容器用导电的金属-有机骨架可用于制作电致变色窗，可以同一个开关翻转变黑了和 chemoresistive 传感器，可用于检测微量的化学物医疗或安全应用程序。

虽然 MOF 材料优点是简单和潜在低成本的制造，使用材料，使它更昂贵比传统碳基材料，Dincă 说。”碳是非常便宜的。”很难找到便宜。但即使如果材料最终被更昂贵，其性能明显优于碳基材料，如果它能找到有用的应用程序，他说。

亚历山德鲁 · 弗拉德，并没有参与这项研究在比利时鲁汶天主教大学的化学教授说︰ 这一发现是”非常重要的从这两个科学和应用的角度，”。他补充说，”超级电容器领域是 （但不是会再） 由活性炭，”因为他们很高的表面面积和电导率。但现在，”这里是提供由 Dinca 等人的突破︰ 他们可以设计具有高比表面积和高的电导率，MOF，因而完全挑战超级电容器价值链 ！有是基本上不再需要的碳这高要求的技术。

关键好处，他解释说，是”这项工作表明只是冰山一角。与碳的时候，我们知道很多东西，过去多年来的发展，适度和缓慢。但由 Dinca 使用 MOF 是已知的该最低表面积 MOFs 之一和一些这些材料可以达到三倍 [表面面积] 碳比。能力然后将是惊人的高，可能接近的电池，但其动力性能 [提供高功率输出的能力] 的超级电容器.”

研究小组成员包括前麻省理工学院博士后丹尼斯 Sheberla （现在在哈佛大学的博士后）、 麻省理工学院研究生约翰 • 巴克曼，约瑟夫 · 埃利亚斯博士 16，阿贡国家实验室程军太阳。工作支持由美国能源部通过中心 Excitonics、 斯隆基金会、 研究公司的科技进步，3 米和国家自然科学基金。