日本开发出更高电压和更稳定的超级电容器新材料

据 Nanowerk 2 月 7 日报道，日本东北大学开发出了比其它材料更高电压和更好稳定性的超级电容器新材料。他们在《能源与环境科学》（Energy and Environmental Science）刊发表了一篇名为《由无边缘缺陷石墨烯制成的超稳定介孔碳板打造的 4.4V 超级电容器》“4.4 V supercapacitors based on super-stable mesoporous carbon sheets made of edge-free graphene walls”的论文。

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 Hirotomo Nishihara 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（TOC Capacitor Co.）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：Hirotomo Nishihara）

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。