用于高压超级电容器的新材料

由日本东北大学领导的研究小组为超级电容器开发了新材料，其电压更高，稳定性高于其他材料。他们的研究最近发表在能源与环境科学杂志上。

超级电容器是可充电的能量存储设备，具有广泛的应用，从机械到智能电表。它们提供了许多优于电池的优点，包括更快的充电和更长的寿命，但它们在储存大量能量方面并不擅长。

科学家长期以来一直在寻找能够满足汽车等能源密集型应用要求的超级电容器用高性能材料。“寻找既能在高压下工作又能在恶劣条件下保持稳定的材料非常具有挑战性，”东北大学材料科学家，该论文的共同作者Hirotomo Nishihara说。

Nishihara和他的同事与超级电容器生产公司TOC Capacitor 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。

通常，活性炭用于电容器中的电极，但是这些电极受到单个电池中的低电压的限制，单个电池是构成电容器的构件。这意味着必须将大量电池堆叠在一起以获得所需的电压。至关重要的是，新材料具有更高的单电池电压，减少了堆叠数量，使设备更紧凑。

新材料是由石墨烯mesosponge的连续三维框架制成的片材，石墨烯mesosponge是一种含有纳米级孔隙的碳基材料。这种材料的一个关键特征是它是无缝的 - 它含有极少量的碳边缘，腐蚀反应源自的部位，这使它非常稳定。

研究人员使用电子显微镜和一系列物理测试(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特性。他们还测试了商业石墨烯材料，包括单壁碳纳米管，还原氧化石墨烯和3D石墨烯，使用活性炭作为比较基准。

他们表明，该材料在常规有机电解质中在60℃的高温和3.5伏的高电压下具有优异的稳定性。值得注意的是，它在25°C和4.4伏特下表现出超高的稳定性 - 比传统的活性炭和其他石墨烯基材料高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，”西原说。

这种新材料为高耐用，高压超级电容器的开发铺平了道路，可用于许多应用，包括机动车辆。

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