由日本東北大學領導的一個研究小組開發出了一種比其他材料具有更高的電壓和更好的穩定性的新型超級電容器材料。他們的研究最近發表在《能源與環境科學》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定的材料是非常具有挑戰性的，”日本東北大學(TohokuUniversity)材料科學家、論文作者之一西原博之(HirotomoNishihara)表示。

西原和他的同事與超級電容器生產公司TOC電容Co.合作開發了一種在高壓和高溫條件下具有極高穩定性的新材料。

傳統上，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——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定性高60°C和3.5伏特的電壓在傳統有機電解液。顯著，這表明超高穩定性25°C和4.4伏特，2.7倍常規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定性的世界紀錄，”西原說。

這種新材料為開發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。