日本團隊成功打造超穩定性4.4V超級電容器

據 Nanowerk 2 月 7 日報導，日本東北大學開發出了比其它材料更高電壓和更好穩定性的超級電容器新材料。他們在《能源與環境科學》（Energy and Environmental Science）刊發表了一篇名為《由無邊緣缺陷石墨烯製成的超穩定介孔碳板打造的 4.4V 超級電容器》“4.4 V supercapacitors based on super-stable mesoporous carbon sheets made of edge-free graphene walls”的論文。

超級電容器是一種可充電的儲能裝置，被廣泛應用在機械裝置、智能儀表等方面。與傳統電池相比，超級電容具有許多優點:充電快、壽命長等，但其能量存儲率有限。

長期以來, 科學家們一直在為可滿足能源密集型應用 (例如汽車) 需求的超級電容尋找高性能材料。

日本東北大學材料科學家、相關論文合著者之一的 Hirotomo Nishihara 說：“找到既能在高電壓下又能在嚴苛環境下運行的材料，非常具有挑戰性。”

Nishihara 及其同事們與超級電容製造公司（TOC Capacitor Co.）合作開發出一種新材料，它在高溫、高電壓條件下具備超高穩定性。

傳統上，活性炭被用於電容器中的電極，但單電池（構成電容器的積木）中電池單體電壓低，必須將多個電池串聯才能保證足夠輸出電壓。至關重要的是，這種新材料具有更高的單電池電壓，減少了堆疊數量，使設備更加緊湊。

圖丨 GMS 薄片以及連接兩個 LED 的超級電容（來源：Hirotomo Nishihara）

新材料是由一個連續的石墨烯介孔海綿（含有納米孔的碳基材料）三維框架組成。這種材料的關鍵特徵是無縫的：它含有非常少量的碳邊緣缺陷（腐蝕反應產生的地方），這使得它變得非常穩定。

研究人員利用電子顯微鏡和一系列的物理測試，包括 X 射線衍射和振動光譜技術，研究了新材料的物理性質。他們還將活性炭作為基準測試並比較了商用石墨烯材料，包括單壁碳納米管、還原石墨烯氧化物和 3D 石墨烯。

這種新材料為開發高度耐用、高電壓的超級電容器鋪平了道路，這些超級電容器可用於許多應用，包括汽車。