全新超級電容問世 儲電性能大幅提升

美國麻省理工學院(MIT)官網(wǎng)10月10日公布了該校科學家發(fā)表在《自然·材料學》上的最新研究成果：他們研制出首個不含碳的超級電容，性能超過碳基材料，未來除用于電動汽車等新能源領域，還能用來生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的變色窗戶和探測痕量化學物質(zhì)的化學傳感器。

超級電容因充放電速度快、功率密度高等因素成為能源儲存系統(tǒng)的研究熱門。但目前的超級電容都是利用碳基材料制成，包括碳納米管、石墨烯和活性炭，這些含碳超級電容在生產(chǎn)過程中需要800℃以上的高溫以及刺激性強的化學物質(zhì)。“而現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)了一類不含碳的全新超級電容材料。”MIT助理化學教授米爾恰·丁卡說。

這種全新電容用一類稱作金屬—有機物框架(MOFs)的材料制成。MOFs具有像海綿一樣的多孔性結(jié)構(gòu)，表面積比碳基材料大很多，而超大表面積對超級電容性能表現(xiàn)非常重要。但MOFs有一個大的缺陷，它們沒有超級電容要求的電子傳導性。丁卡表示，雖然他們讓MOFs具有導電性被認為極其困難，但最終展現(xiàn)了MOFs非常好的離子傳導性能。

測試表明，新超級電容充放電1萬次后儲能損失不到10%，在許多關鍵性能參數(shù)的表現(xiàn)上，已經(jīng)相當于甚至超越了現(xiàn)有的碳基材料。但丁卡表示，MOFs材料還有很大的優(yōu)化潛力，其表面積經(jīng)過優(yōu)化后，完全能達到現(xiàn)有碳基材料的3倍，其儲電量將達到驚人的高度。

除了比碳基材料稍貴外，MOFs優(yōu)勢明顯，表面積大，生產(chǎn)中的溫度和化學條件不再嚴苛。未來除用于超級電容外，還能用于儲存天然氣、生產(chǎn)可調(diào)節(jié)亮度的窗戶以及醫(yī)用或安全性檢測的化學探測器。

如果超級電容有一天用在汽車上，充電將不再是電動車推廣的瓶頸。可惜，完美的電容材料比電池電極材料更難研發(fā)。此次金屬和有機物的結(jié)合讓人眼前一亮。或許超級電容并不那么遙遠，已在柳暗花明處。大容量儲能的幾大技術方向還在競賽，超級電容能不能先撞線？拭目以待。