高压超级电容器新材料

日本东北大学领导的一个研究小组研制出了比其他材料电压更高、稳定性更好的超级电容器新材料。他们的研究最近发表在《能源与环境科学》杂志上。

超级电容器是一种可充电的储能装置，具有广泛的应用范围，从机械到智能仪表。与电池相比，它们具有许多优点，包括充电更快、寿命更长，但它们不擅长储存大量能量。

长期以来，科学家们一直在寻找能够满足汽车等能源密集型应用需求的超级电容器的高性能材料。”找到既能在高压下工作又能在恶劣条件下保持稳定的材料是非常具有挑战性的，”东北大学材料科学家、论文的合著者Hirotomo Nishihara说。

Nishihara及其同事与超级电容器生产公司TOC电容器公司合作开发了一种在高压和高温条件下表现出极高稳定性的新材料。

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）中的低压限制了这些电极。这意味着必须将大量电池堆叠在一起以达到所需的电压。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。

这种新材料是由石墨烯中间海绵（一种含纳米孔的碳基材料）的连续三维框架制成的薄片。这种材料的一个主要特点是它是无缝的，它含有非常少量的碳边，即腐蚀反应发生的地方，这使得它非常稳定。

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，研究了他们新材料的物理性质。他们还测试了商用石墨烯材料，包括单壁碳纳米管、还原石墨烯氧化物和3D石墨烯，并将活性炭作为比较基准。

他们表明，该材料在60°C高温和3.5伏高压下在传统有机电解质中具有优异的稳定性。值得注意的是，它在25°C和4.4伏下表现出极高的稳定性，比传统活性炭和其他石墨烯基材料高出2.7倍。”这是对称超级电容器中碳材料电压稳定性的世界纪录，”Nishihara说。

这种新材料为开发高耐久性的高压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。