超级电容器为什么能做到能量密度超越锂电池？高温高压对正常工作有影响吗？

由日本东北大学领导的一个研究小组开发出了一种比其他材料具有更高的电压和更好的稳定性的新型超级电容器材料。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设备，有着广泛的应用范围，从机械到智能电表。与电池相比，它们有很多优点，包括充电速度更快，使用寿命更长，但它们不太擅长储存大量能量。

长期以来，科学家们一直在寻找高性能的超级电容器材料，以满足汽车等能源密集型应用的要求。“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，”日本东北大学(TohokuUniversity)材料科学家、论文作者之一西原博之(HirotomoNishihara)表示。

西原和他的同事与超级电容器生产公司TOC电容Co.合作开发了一种在高压和高温条件下具有极高稳定性的新材料。

传统上，活性炭用于电容器的电极，但它们受到构成电容器的单细胞的低电压的限制。这意味着大量的电池必须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细胞电压，减少了堆积次数，使器件更加紧凑。

这种新材料是由石墨烯中海绵(一种含纳米孔的碳基材料)的连续三维框架制成的薄片。这种材料的一个关键特点是它是无缝的——它含有非常少的碳边缘，这是腐蚀反应产生的地方，这使得它非常稳定。

研究人员利用电子显微镜和包括x射线衍射和振动光谱技术在内的一系列物理测试，研究了这种新材料的物理性质。他们还测试了商业石墨烯基材料，包括单壁碳纳米管、还原石墨烯氧化物和3D石墨烯，使用活性炭作为比较基准。

他们表明，材料有良好的高温稳定性高60°C和3.5伏特的电压在传统有机电解液。显著，这表明超高稳定性25°C和4.4伏特，2.7倍常规激活碳和其他石墨烯材料。“这是对称超级电容器中碳材料电压稳定性的世界纪录，”西原说。

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，这种电容器可用于包括机动车在内的许多应用领域。